DE10209345C1

DE10209345C1 - Membrane reactor contains open-pored membrane whose pores contain reactive component

Info

Publication number: DE10209345C1
Application number: DE2002109345
Authority: DE
Inventors: Helmut Kamusewitz; Alexander Christmann; Susanne Schwanz
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 2002-03-02
Filing date: 2002-03-02
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2022-03-03

Abstract

Membrane reactor contains an open-pored membrane (16) whose pores contain a reactive component. Independent claims are included for; (a) a method for making the reactor by modifying an open-pored membrane with a reactive component; and (b) apparatus for making the reactor comprising a treatment chamber (12), in which the membrane is placed. The membrane divides it into a chamber containing a suspension (32) of reactive component and a drain section (26) for exhausted liquid.

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranreaktor sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Membranreaktoren.The invention relates to a membrane reactor and a Method and device for producing Membrane reactors.

Membranreaktoren der gattungsgemäßen Art sind be kannt. Diese werden von einem offenporigen Träger gebildet, der eine für einen zu behandelnden Re aktanten permeable Struktur besitzt. Als offenporige Träger werden bekannterweise Membranen eingesetzt, die durch Sintern von sphärischen Partikeln aus an organischen Materialien, wie beispielsweise Edelstahl oder Keramik, erhalten werden. Das Sintern ist we sentlich durch Diffusion, Verdampfen, Kondensieren und Fließvorgänge des Materials determiniert, wobei die Temperatur, der Druck, die Expositionszeit und die stoffliche Zusammensetzung der Partikel und deren Umgebung sowie die Wechselwirkung der Partikel mit den Umgebungsmedien in Grenzen variable Parameter darstellen. Die Eigenschaften der Ausgangsmaterialien und die Prozessparameter während des Sinterns ent scheiden über die Porenstruktur der Membran, insbe sondere über deren Permeabilität sowie über die Ei genschaften der Porenwände. Derartige Membranen be sitzen relativ große Poren im einstelligen Mikro meterbereich und zeichnen sich durch eine hohe Poro sität und geringe Verteilung der Porenquerschnitts flächen aus.Membrane reactors of the generic type are known. These are made from an open-pore carrier formed, the one for a Re to be treated actant permeable structure. As an open pore Carriers are known to use membranes, by sintering from spherical particles organic materials such as stainless steel or ceramics. The sintering is we considerably through diffusion, evaporation, condensation and flow processes of the material are determined, whereby the temperature, pressure, exposure time and the material composition of the particles and their Environment as well as the interaction of the particles with parameters variable in the surrounding media represent. The properties of the raw materials and the process parameters during sintering separate over the pore structure of the membrane, esp especially about their permeability and about the egg properties of the pore walls. Such membranes be there are relatively large pores in the single-digit micro meter range and are characterized by a high poro tity and small distribution of the pore cross-section areas.

Um die reaktiven Eigenschaften derartiger Membranen zu verbessern, ist bekannt, diese mit wenigstens einer weiteren Schicht zu versehen, so dass über wei tere Sinterprozesse bei jeweils geringeren Tempera turen Kompositmembranen entstehen. Hierdurch wird insbesondere eine Verkleinerung der Poren erreicht. Durch wiederholtes Abscheiden weiterer Schichten kann eine gasdichte Membran erhalten werden, die nur noch für spezielle Ionen permeabel ist. Hierbei ist nach teilig, dass durch die wiederholten notwendigen Sin terprozesse derartige Membranen nur durch aufwendige Herstellungsprozesse erhältlich sind.To the reactive properties of such membranes is known to improve this with at least another layer, so that over white tter sintering processes at lower temperatures composite membranes arise. This will in particular a reduction in the size of the pores. By repeatedly depositing additional layers a gas-tight membrane can only be obtained is permeable to special ions. Here is after partial that due to the repeated necessary sin Such processes only through complex membranes Manufacturing processes are available.

Ferner sind Membranreaktoren bekannt, die aus metal lischen Trägern bestehen, die mit einer keramischen Beschichtung versehen sind. Auch hier lassen sich für zu behandelnde Reaktanten permeable Strukturen er zielen, deren Eigenschaften durch den metallischen Träger und/oder die keramische Beschichtung bestimm bar sind. Bei derartigen Metall-Keramik-Verbunden ist jedoch nachteilig, dass an den Grenzschichten zwi schen dem metallischen Träger und der keramischen Schicht Haftungsprobleme auftreten. Insbesondere bei unterschiedlichen spezifischen thermischen Dehnungs koeffizienten zwischen den beteiligten Partnern des Schichtverbundes ergeben sich stark eingeschränkte Einsatzbedingungen hinsichtlich einer Prozesstempera tur. Hohe Prozesstemperaturen würden zu einer mecha nischen Destabilisierung, beziehungsweise zu einer mechanischen Zerstörung, derartiger Membranreaktoren führen. Gerade jedoch hinsichtlich eines Wirkungs grades sind in vielen Anwendungsfällen hohe Prozess temperaturen wünschenswert.Furthermore, membrane reactors are known which are made of metal tical carriers are made with a ceramic Coating are provided. Here too, for reactants to be treated permeable structures aim, whose properties by the metallic Determine the carrier and / or the ceramic coating are cash. With such metal-ceramic bonds however disadvantageous that at the boundary layers between between the metallic carrier and the ceramic Layer liability problems occur. Especially at different specific thermal expansion coefficients between the partners involved in the Stratified networks result in severely restricted Operating conditions with regard to a process temperature door. High process temperatures would become a mecha African destabilization, or to a mechanical destruction, such membrane reactors to lead. But especially with regard to an effect degrees are high process in many applications temperatures desirable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Membranreaktor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der in einfacher Weise herstellbar ist und der auch bei hohen Prozesstemperaturen einsetzbar ist.The invention is therefore based on the object To create a membrane reactor of the generic type, which is easy to manufacture and which too can be used at high process temperatures.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Mem branreaktor mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass ein freier Querschnitt von Po renstrukturen eines offenporigen Trägers durch in die Porenstrukturen eingebrachte, für zu behandelnde Re aktanten reaktive Elemente gebildet ist, wird vor teilhaft möglich, einen Membranreaktor bereitzustel len, der von seinem Grundaufbau her aus einem, damit nur einen spezifischen thermischen Ausdehnungskoeffi zienten aufweisenden Material besteht, während die reaktiven Elemente in die Porenstrukturen des Trägers eingebracht sind. Hierdurch werden die gewünschten Eigenschaften des Membranreaktors durch die in die Porenstrukturen eingebrachten reaktiven Elemente ein stellbar, während sich das Wärmeausdehnungsverhalten des Membranreaktors durch das für den Träger ver wendete Material ergibt. Hierdurch kann das Material des Trägers auf die gewünschten Prozesstemperaturen optimal abgestimmt werden. Entsprechend der Wahl des Trägers lassen sich so Membranreaktoren für hohe Pro zesstemperaturen erzielen, die auch bei einer hohen Prozessdauereinsatztemperatur sich durch gleich blei bende Eigenschaften auszeichnen.According to the invention, this object is achieved by a mem bran reactor with the features mentioned in claim 1 solved. The fact that a free cross section of Po structures of an open-pore carrier through into the Pore structures introduced for re to be treated actant reactive elements is formed before partly possible to provide a membrane reactor len, the basic structure of one, so only a specific coefficient of thermal expansion material, while the reactive elements in the pore structures of the carrier are introduced. This will make the ones you want Properties of the membrane reactor through the in the Pore structures introduced reactive elements adjustable while the thermal expansion behavior of the membrane reactor by ver for the carrier turned material results. This allows the material of the carrier to the desired process temperatures be optimally coordinated. According to the choice of Carrier can be membrane reactors for high pro achieve high temperatures, even at high temperatures Process continuous operating temperature through constant distinguishing properties.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, dass die reaktiven Elemente von in den Poren strukturen abgelagerten Feststoffpartikeln gebildet sind. Hierdurch lässt sich in besonders einfacher Weise ein bestimmte Prozesseigenschaften aufweisender Membranreaktor erzielen. Insbesondere dann, wenn - wie in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Er findung vorgesehen ist - die Feststoffpartikel uni form sind, wird ein Membranreaktor erhalten, der sich über seine gesamte Reaktionsfläche durch im Wesent lichen gleiche Eigenschaften auszeichnet.In a preferred embodiment of the invention is provided see that the reactive elements from in the pores structures formed solid particles are. This makes it particularly easy Way has certain process properties Achieve membrane reactor. Especially if - As in a further preferred embodiment of the Er is provided - the solid particles uni form, a membrane reactor is obtained, which across its entire reaction area by essentially same characteristics.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Feststoffpartikel über eine Teilhöhe der Porenstrukturen, also nur abschnitts weise über die Gesamthöhe, abgelagert sind. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass Membranreaktoren be reitgestellt sind, die mit einem minimalen Einsatz der reaktiven Elemente auskommen, aber dennoch die gewünschten Eigenschaften besitzen. Entsprechend dem geringeren Masseneinsatz der reaktiven Elemente er geben sich verminderte Strömungswiderstände und ver ringerte Probleme hinsichtlich unterschiedlicher spe zifischer Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass der artige Membranreaktoren besonders ökonomisch arbeiten und für besonders hohe Dauereinsatztemperaturen ge eignet sind. Furthermore, in a preferred embodiment of the invention provided that the solid particles over a Partial height of the pore structures, i.e. only in sections wise over the total height. hereby is advantageously achieved that membrane reactors be are provided with minimal effort of the reactive elements, but still the have the desired properties. According to that lower mass use of reactive elements give themselves reduced flow resistance and ver reduced problems with different spe specific coefficient of thermal expansion so that the like membrane reactors work particularly economically and for particularly high continuous operating temperatures are suitable.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der offenporige Träger aus Edelstahl besteht und die reaktiven Elemente katalytische Ei genschaften besitzen, insbesondere Zeolith-Kristalle sind. Hierdurch lassen sich katalytisch wirkende Mem branreaktoren erzielen, die sich für den Einsatz zur Stofftrennung und Stoffwandlung bei sehr hohen Ein satztemperaturen, insbesondere auch Dauereinsatztem peraturen, eignen.Furthermore, in a preferred embodiment of the invention provided that the open-pore carrier made of stainless steel exists and the reactive elements catalytic egg possess properties, in particular zeolite crystals are. In this way, catalytically active memes achieve branch reactors that are suitable for use in Separation and conversion at very high in set temperatures, especially continuous use temperatures, suitable.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch ein Verfahren mit den in Anspruch 10 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die reaktiven Elemente in Porenstrukturen des Trägers eingebracht werden, wobei insbesondere der Träger mit einer die reaktiven Ele mente enthaltenden Suspension beaufschlagt wird, lässt sich in einfacher Weise eine Ablagerung der reaktiven Elemente in den Porenstrukturen des Trägers erzielen. Insbesondere, wenn der Träger in eine definierte Richtung mit der Suspension beaufschlagt wird, lässt sich eine gleichmäßige Ablagerung der reaktiven Elemente in den Porenstrukturen erreichen. Durch Verwendung uniformer Feststoffpartikel (in der Suspension verteilt) als reaktive Elemente wird hier durch eine gleichmäßige Feststoffpartikelpackung in den Porenstrukturen erhalten, so dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Membranreak toren durch besonders gute, über ihre Flächenaus dehnung gleichmäßige Eigenschaften auszeichnen.According to the invention, the object is further achieved by a Method with the features mentioned in claim 10 solved. Because the reactive elements in Pore structures of the carrier are introduced, wherein especially the carrier with a reactive ele suspension containing elements is acted upon, can be easily a deposit of reactive elements in the pore structures of the carrier achieve. Especially when the carrier is in a defined direction applied with the suspension is a uniform deposition of the reach reactive elements in the pore structures. By using uniform solid particles (in the Suspension distributed) as reactive elements here through an even solid particle packing in the pore structures, so that the Membrane freak produced according to the method of the invention score through particularly good ones, based on their surface area Characterize elongation uniform properties.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anströmung des Trägers mit der Suspension intervallmäßig erfolgt. Hierdurch kann durch eine Wahl von Dauer und/oder Anzahl der Wieder holungszyklen die Ablagerung der Feststoffpartikel in den Porenstrukturen beeinflusst werden. Insbesondere kann durch wiederholtes Anströmen nach zwischenzeit licher Pause erreicht werden, dass ein Aufwachsen der abgelagerten Feststoffpartikel in den Porenstrukturen steuerbar ist. Hierdurch lässt sich ein definierter Strömungswiderstand der Membranreaktoren einstellen.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the flow against the carrier with the suspension takes place at intervals. This can through a choice of duration and / or number of re-runs recovery cycles the deposition of solid particles in the pore structures are influenced. In particular can be caused by repeated inflows after a while pause that a growing up of the deposited solid particles in the pore structures is controllable. This allows a defined Set the flow resistance of the membrane reactors.

Darüber hinaus ist in weiterer bevorzugter Ausgestal tung der Erfindung vorgesehen, dass der Träger während des Beaufschlagens mit der Suspension mit Ultraschall beaufschlagt wird. Hierdurch wird die Ab lagerung der in der Suspension enthaltenen reaktiven Feststoffpartikel in den Porenstrukturen unterstützt, so dass sich eine gleichmäßige, eine hohe Packungs dichte aufweisende Ablagerung der Feststoffpartikel in den Porenstrukturen ergibt.In addition, is another preferred embodiment tion of the invention provided that the carrier during the application of the suspension with Ultrasound is applied. As a result, the Ab storage of the reactive contained in the suspension Solid particles supported in the pore structures, so that there is an even, high pack dense deposition of the solid particles in the pore structures.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Träger nach der Beaufschla gung mit der Suspension wärmebehandelt wird, wobei die Wärmebehandlung vorzugsweise mit - aufeinander folgenden - unterschiedlich hohen Temperaturen er folgt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Feststoffpartikel in ihrer gewünschten Lage in den Porenstrukturen fixiert werden, da die Fluidbestand teile der Suspension durch die Wärmebehandlung ver dampft werden. Entsprechend dem Temperaturverlauf während der Wärmebehandlung kann zunächst eine Trock nung der Feststoffpartikel erfolgen und anschließend eine Lagefixierung an den Porenstrukturen sicherge stellt werden. Insbesondere, wenn der Träger aus ei nem porösen metallischen Material besteht, kann durch die Wärmebehandlung vorzugsweise eine Oxidation des Trägers unter Temperatureinwirkung und geeigneter Oxidationsatmosphäre erfolgen, so dass sich die in die Porenstruktur eingebrachten Feststoffpartikel be sonders einfach und mit hoher adhäsiver Festigkeit fixieren lassen.In a further preferred embodiment of the invention it is envisaged that the carrier after the Beaufschla supply is heat treated with the suspension, whereby the heat treatment preferably with each other following - different temperatures he follows. This advantageously ensures that the Solid particles in their desired position in the Pore structures are fixed because of the fluid inventory parts of the suspension by heat treatment ver be steamed. According to the temperature curve during the heat treatment, a dry of the solid particles and then a position fixation on the pore structures be put. Especially if the carrier is made of egg nem porous metallic material can by the heat treatment preferably an oxidation of the Carrier under the influence of temperature and more suitable Oxidation atmosphere take place so that the in the pore structure introduced solid particles particularly simple and with high adhesive strength let fix.

Schließlich ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Suspension unter Druckeinwirkung auf den Träger aufgebracht wird, wo bei vorzugsweise die Suspension selber unter Über druck auf den Träger aufgebracht wird und/oder durch Unterdruck durch den Träger gesaugt wird. Hierdurch lassen sich in einfacher Weise durch Variation der Druckverläufe sowohl in ihrer Höhe als auch im zeitlichen Verlauf definierte Feststoffpartikel ablagerungen in den Porenstrukturen des Trägers er zielen. Somit sind Membranreaktoren mit definierten Reaktionseigenschaften erhältlich.Finally, in a further preferred embodiment the invention provided that the suspension under Pressure is applied to the carrier where preferably the suspension itself under About pressure is applied to the carrier and / or by Vacuum is sucked through the carrier. hereby can be easily changed by varying the Pressure courses both in their height and in Solid particles defined over time deposits in the pore structures of the wearer aim. Thus membrane reactors are defined Reaction properties available.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 19 genannten Merk malen gelöst. Dadurch, dass eine Behandlungskammer vorgesehen ist, in die ein offenporiger Träger ein bringbar ist, wobei der Träger die Behandlungskammer hermetisch in einen Aufnahmeraum für eine reaktive Elemente aufweisende Flüssigkeit und einen Abführraum für die Flüssigkeit unterteilt, und Mittel zum Trans port der Suspension von dem Behandlungsraum an den Träger heran und der Flüssigkeit in den Abführraum vorgesehen sind, lassen sich in einfacher Weise, das heißt ohne großen apparativen Aufwand, Membranreak toren mit definierten Reaktoreigenschaften erzielen. Insbesondere dadurch, dass der Träger des späteren Membranreaktors selber die hermetische Trennung des Behandlungsraumes in den Aufnahmeraum für die Suspen sion in den Abführraum für die Flüssigkeit übernimmt, lässt sich auf einfache Weise die Behandlung des Trägers mit der Suspension zur Ablagerung von in der Suspension enthaltener reaktiver Feststoffpartikel innerhalb der Porenstruktur des Trägers durchführen.According to the invention, the object is further achieved by a Device with the Merk mentioned in claim 19 paint solved. By having a treatment chamber is provided, in which an open-pore carrier can be brought, the carrier the treatment chamber hermetically in a recording room for a reactive Liquid containing elements and a discharge space divided for the liquid, and means for trans port of the suspension from the treatment room to the Carrier approach and the liquid in the discharge room are provided, can be easily means membrane freak without great expenditure on equipment achieve gates with defined reactor properties. In particular, that the carrier of the later Membrane reactor itself the hermetic separation of the Treatment room in the reception room for the suspensions sion takes over into the discharge space for the liquid, the treatment of the Carrier with the suspension for depositing in the Suspension containing reactive solid particles Perform within the pore structure of the wearer.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, dass die Mittel zum Transport der Suspension von dem Aufnahmeraum zum Träger und der Flüssigkeit durch den Träger in den Abführraum pneumatisch wir kende Mittel sind. Dadurch lässt sich in einfacher Weise ein Druckgefälle zwischen Aufnahmeraum und Ab führraum aufbauen, mittels dem der Transport der Suspension zum Träger und der Flüssigkeit aus dem Träger heraus erfolgt.In a preferred embodiment of the invention is provided see that the means of transporting the suspension from the receiving space to the carrier and the liquid pneumatically through the carrier into the discharge area are important means. This makes it easier to do Way a pressure drop between the recording space and Ab Set up the control room by means of which the transport of the Suspension to the carrier and the liquid from the Vehicle done out.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.He further preferred embodiments of the invention give up from the rest, in the subclaims mentioned features.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen: The invention is in one embodiment example with reference to the accompanying drawings purifies. Show it:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Mem branreaktoren; Figure 1 is a schematic sectional view through an apparatus for producing membrane reactors.

Fig. 2 eine schematische Vergrößerung eines modi fizierten Membranreaktors und Fig. 2 is a schematic enlargement of a modified membrane reactor and

Fig. 3 ein Flussdiagramm des Herstellungsverfah rens von Membranreaktoren. Fig. 3 is a flowchart of the manufacturing process of membrane reactors.

Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vor richtung zur Herstellung von Membranreaktoren. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Behandlungskammer 12 so wie eine Halteeinrichtung 14 für einen zu modifizie renden offenporigen Träger 16. Der Träger 16 besteht beispielsweise aus einer rohrförmigen, gesinterten, porösen Edelstahlmembran. Fig. 1 shows an overall designated 10 Before direction for the production of membrane reactors. The device 10 comprises a treatment chamber 12 and a holding device 14 for an open-pore carrier 16 to be modified. The carrier 16 consists, for example, of a tubular, sintered, porous stainless steel membrane.

Der rohrförmige Träger 16 ist zwischen zwei Platten 18 beziehungsweise 20 mittels hier angedeuteter Spannelemente 22 kraftschlüssig eingespannt. Die Platten 18 und 20 besitzen einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des rohrförmigen Trä gers 16. Der Träger 16 liegt über Dichtungen 24 an den Platten 18 beziehungsweise 20 an. Hierdurch kommt es zur Ausbildung eines hermetisch abgedichteten Raumes 26 innerhalb des Trägers 16. Die Platte 18 ist mit einem Anschlussflansch 28 versehen, an den eine nicht dargestellte Unterdruckquelle anschließbar ist. Der Anschlussflansch 28 stellt eine Verbindung 30 zwischen der Unterdruckquelle und dem Raum 26 her. The tubular support 16 is clamped between two plates 18 and 20 by means of clamping elements 22 indicated here. The plates 18 and 20 have a diameter which is larger than the diameter of the tubular carrier 16 . The carrier 16 lies against the plates 18 and 20 via seals 24 . This results in the formation of a hermetically sealed space 26 within the carrier 16 . The plate 18 is provided with a connecting flange 28 to which a vacuum source, not shown, can be connected. The connecting flange 28 establishes a connection 30 between the vacuum source and the space 26 .

Die den Träger 16 aufnehmende Halteeinrichtung 14 - mit dem hermetisch abgedichtet eingespannten Träger 16 - wird in die Behandlungskammer 12 eingebracht. Innerhalb der Behandlungskammer 12 befindet sich eine Suspension 32 aus destilliertem Wasser und Zeolith- Kristallen. Eine Konzentration der Zeolith-Kristalle in der Suspension 32 beträgt beispielsweise < 1 g/l. Die Suspension 32 befindet sich somit in einem Aufnahmeraum 34 der Behandlungskammer 12, der durch den Träger 16 hermetisch von dem Raum 26 innerhalb des Trägers 16 getrennt ist. Da der Raum 26 über die Verbindung 30 mit einer Unterdruckquelle in Ver bindung steht, herrscht im Raum 26 ein Druck p₁, der niedriger ist als ein Druck p₂ innerhalb des Auf nahmeraumes 34. Entsprechend dem Druckgefälle zwi schen dem Raum 26 und dem Aufnahmeraum 34 wird die Suspension 32 in den offenporigen Träger 16 und das Wasser in den Raum 26 gesaugt. Eine Fließgeschwin digkeit des Wassers 32 durch die Porenstrukturen des Trägers 16 kann durch die Druckdifferenz zwischen den Drücken p₁ und p₂ eingestellt werden.The holding device 14 receiving the carrier 16 - with the hermetically sealed clamp 16 - is introduced into the treatment chamber 12 . A suspension 32 of distilled water and zeolite crystals is located within the treatment chamber 12 . A concentration of the zeolite crystals in the suspension 32 is, for example, <1 g / l. The suspension 32 thus is located in a receiving space 34 of the treatment chamber 12 which is separated by the carrier 16 hermetically from the space 26 within the carrier sixteenth Since the space 26 is connected to a vacuum source in connection via the connection 30 , there is a pressure p ₁ in the space 26 that is lower than a pressure p ₂ within the receiving space 34 . Corresponding to the pressure drop between the space 26 and the receiving space 34 , the suspension 32 is sucked into the open-pore carrier 16 and the water into the space 26 . A Fließgeschwin speed of the water 32 through the pore structures of the carrier 16 can be adjusted by the pressure difference between the pressures p ₁ and p ₂ .

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Zeo lith-Kristalle in der Suspension 32 zu erzielen, kann der Behandlungskammer 12 eine hier lediglich ange deutete Rühreinrichtung 36 und/oder eine Heizeinrich tung 38 zugeordnet sein. Mittels der Heizeinrichtung 38 kann eine Temperierung der Suspension 32 erfolgen, während mittels der Rühreinrichtung 36 eine gleich mäßige Verteilung der Zeolith-Kristalle innerhalb der Suspension 32 sichergestellt wird. In order to achieve the most uniform possible distribution of the zeolite crystals in the suspension 32 , the treatment chamber 12 can be assigned a stirring device 36 and / or a heating device 38 which is only indicated here. A temperature control of the suspension 32 can be carried out by means of the heating device 38 , while a uniform distribution of the zeolite crystals within the suspension 32 is ensured by means of the stirring device 36 .

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 zeigt fol gende Funktion:
Nachdem der Träger 16 innerhalb der Halteeinrichtung 14 eingespannt ist und die Halteeinrichtung 14 in die Suspension 32 eingetaucht ist, wird der Raum 26 innerhalb des Trägers 16 durch die nicht dargestellte Unterdruckquelle evakuiert. Hierdurch ergibt sich ein Druckgefälle zwischen der äußeren Oberfläche 40 und der inneren Oberfläche 42 des Trägers 16. Infolge der Porosität des Trägers 16, der beispielsweise Poren mit einer Porengröße von 3 µmm aufweist, wird die Suspension 32 in den Träger 16 hinein gesaugt. Hierdurch lagern sich die in der Suspension 32 ver teilten Zeolith-Kristalle innerhalb der Porenstruk turen des Trägers 16 ab, während das destillierte Wasser der Suspension 32 in den Raum 26 des Trägers 16 gelangt und über die Unterdruckquelle abgeführt wird. Die Flüssigkeit trägt die reaktiven Elemente nur bis zu der Sulfitbildung im Träger und verlässt den Träger in reiner Form. Idealerweise werden alle Kristalle im Träger abgelagert.The device 10 shown in FIG. 1 shows the following function:
After the carrier 16 is clamped within the holding device 14 and the holding device 14 is immersed in the suspension 32 , the space 26 inside the carrier 16 is evacuated by the vacuum source, not shown. This results in a pressure drop between the outer surface 40 and the inner surface 42 of the carrier 16 . As a result of the porosity of the carrier 16 , which has, for example, pores with a pore size of 3 μm, the suspension 32 is sucked into the carrier 16 . As a result, the zeolite crystals distributed in the suspension 32 are deposited within the pore structures of the support 16 , while the distilled water of the suspension 32 enters the space 26 of the support 16 and is discharged via the vacuum source. The liquid carries the reactive elements only up to the formation of sulfite in the carrier and leaves the carrier in pure form. Ideally, all crystals are deposited in the carrier.

Fig. 2 zeigt in einer Detailvergrößerung den Träger 16, wobei hier dessen Porenstrukturen 44 erkennbar sind. Die Porenstrukturen 44 erstrecken sich von der Oberfläche 40 zur Oberfläche 42 und besitzen eine Höhe h. Die Porenstrukturen 44 müssen sich nicht zwangsläufig auf dem kürzesten Weg zwischen der Ober fläche 40 und 42 erstrecken, sondern diese können auch je nach Struktur des Trägers 16 sich verzweigen und/oder unter Ausbildung von Kurven verlaufen. Fig. 2 shows in a detail enlargement of the support 16, in which case the pore structures 44 are visible. The pore structures 44 extend from the surface 40 to the surface 42 and have a height h. The pore structures 44 do not necessarily have to extend along the shortest path between the upper surface 40 and 42 , but these can also branch out and / or run with the formation of curves, depending on the structure of the carrier 16 .

Durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck p₁ und dem Druck p₂ wird die Suspension 32 in die Poren strukturen 44 hinein gesaugt, wobei sich in ober flächennahen Bereichen 46 - zur Oberfläche 40 - des Trägers 16 in der Suspension 32 enthaltene Zeolith- Kristalle 48 an der Innenwandung der Porenstrukturen 44 ablagern. Entsprechend einer Kristallgröße der Zeolith-Kristalle 48 bildet sich hiermit eine Kristallpackung innerhalb der Porenstrukturen 44 aus, die zu einer definierten Querschnittsverengung der Porenstrukturen 44 führt. Die Querschnittsverengung ist über eine Anzahl der Zeolith-Kristalle 48 und eine Kristallgröße der Zeolith-Kristalle 48 einstell bar. Die Zeolith-Kristalle 48 zeichnen sich ins besondere durch eine in hohem Maße gegebene Uniformi tät aus, so dass es zu einer im Wesentlichen gleich mäßigen Ablagerung der Zeolith-Kristalle 48 in den Porenstrukturen 44 kommt. Das in der Suspension 32 enthaltene destillierte Wasser 32' passiert die Po renstrukturen 44 und wird aus dem Abführraum 26 mittels der Unterdruckquelle abgesaugt.Due to the pressure difference between the pressure p ₁ and the pressure p ₂ , the suspension 32 is sucked into the pore structures 44 , zeolite crystals 48 contained in the suspension 32 being present in regions 46 near the surface - to the surface 40 - of the carrier 16 deposit the inner wall of the pore structures 44 . In accordance with a crystal size of the zeolite crystals 48 , a crystal packing is hereby formed within the pore structures 44 , which leads to a defined cross-sectional narrowing of the pore structures 44 . The narrowing of the cross section can be adjusted via a number of the zeolite crystals 48 and a crystal size of the zeolite crystals 48 . The zeolite crystals 48 are characterized in particular by a high degree of uniformity, so that there is an essentially uniform deposition of the zeolite crystals 48 in the pore structures 44 . The distilled water 32 'contained in the suspension 32 ' passes through the po ren structures 44 and is sucked out of the discharge space 26 by means of the vacuum source.

Eine Höhe h₁, über die sich die Zeolith-Kristalle 48 in den Porenstrukturen 44 ablagern, ist durch Ein stellung von Prozessparametern beeinflussbar. So kann hier beispielsweise die Zeitdauer des Einbringens des Trägers 16 in die Suspension 32 und/oder das Druck gefälle zwischen den Drücken p₁ und p₂ und/oder die Wahl einer Kristallgröße und/oder Kristallform der Zeolith-Kristalle und/oder eine Konzentration an Kristallen und/oder eine intervallmäßige Behandlung variiert werden.A height h ₁ , over which the zeolite crystals 48 are deposited in the pore structures 44 , can be influenced by setting process parameters. For example, the duration of the introduction of the carrier 16 into the suspension 32 and / or the pressure drop between the pressures p ₁ and p ₂ and / or the choice of a crystal size and / or crystal shape of the zeolite crystals and / or a concentration can be used here Crystals and / or an interval treatment can be varied.

Fig. 3 verdeutlicht in einem Blockschaltbild noch mals das Verfahren zur Herstellung von Membranreak toren. In einem Schritt 50 wird der in die Halte einrichtung 14 - wie anhand von Fig. 1 beschrieben - befestigte Träger 16 in die Suspension 32 einge bracht. Anschließend wird in einem Schritt 52 die Druckdifferenz zwischen dem Druck p₁ und dem Druck p₂ aufgebaut, so dass die Suspension 32 in den Träger 32 gesaugt wird. Es kann nunmehr in einem nächsten Schritt 54 die Spülung des Trägers 16 unterbrochen werden, um anschließend eine erneute Spülung gemäß Schritt 52 vorzunehmen. Die Unterbrechung der Spülung gemäß Schritt 54 kann hierbei mit einer wählbaren Zeitdauer t₁ erfolgen. Die Spülung (Schritt 52) kann mit einer wählbaren Zeitdauer t₂ erfolgen. Es wird deutlich, dass hier durch Einstellen der Zeitspannen t₁ beziehungsweise t₂ und der Druckverhältnisse der Drücke p₁, p₂ definierte Ablagerungen der Kristalle 48 in den Porenstrukturen 44 (Fig. 2) erhalten wer den können. Fig. 3 illustrates in a block diagram yet again the process for the production of membrane reactors. In a step 50 , the carrier 16 , which is fastened in the holding device 14 , as described with reference to FIG. 1, is introduced into the suspension 32 . The pressure difference between the pressure is then in a step 52 ₁ p and the pressure p ₂ constructed so that the suspension 32 in the carrier 32 is sucked. The rinsing of the carrier 16 can now be interrupted in a next step 54 in order to then rinse again in accordance with step 52 . The purging according to step 54 can be interrupted with a selectable time period t ₁ . The flushing (step 52 ) can take place with a selectable time period t ₂ . It is clear that defined deposits of the crystals 48 in the pore structures 44 ( FIG. 2) can be obtained here by setting the time periods t ₁ or t ₂ and the pressure ratios of the pressures p ₁ , p ₂ .

Nach erfolgter Spülung 52 beziehungsweise nach er folgtem Durchlauf einer vorgebbaren Anzahl von Zyklen von Spülung 52 und Unterbrechung 54 der Spülung 52 wird in einem nächsten Schritt 56 die Halteeinrich tung 14 mit dem gespülten Träger 16 aus der Suspen sion 32 entfernt. Es schließt sich ein Schritt 58 an, während dem eine Trocknung des gespülten Trägers 16 erfolgt. Die Trocknung kann hierbei wiederum für eine wählbare Zeitspanne t₃ und bei einer wählbaren Tem peratur T₁ erfolgen. Die Temperatur T₁ beträgt bei spielsweise zirka 400 K. Anschließend wird der Träger 16 einer Kohlendioxidatmosphäre ausgesetzt (Schritt 60), um anschließend einer Temperaturbehandlung (Schritt 62) unterzogen zu werden. Die Temperatur behandlung 62 erfolgt über eine wählbare Zeitspanne t₄ bei einer wählbaren Temperatur T₂. Die Zeitspanne t₄ kann beispielsweise bis zu mehrere Stunden be tragen, während die Temperatur T₂ beispielsweise 850 K beträgt. Es kann auch vorgesehen sein, während der Temperaturbehandlung 72 die Temperatur T₂ stufenweise von einer Temperatur T₂ bis zu einer Temperatur T_3' zu erhöhen, so dass die Temperaturbehandlung 62 unter unterschiedlichen Temperaturen erfolgt. Während der Temperaturbehandlung 62 in der Kohlendioxidatmosphäre erfolgt eine Oxidation des Trägers 16 und hierdurch eine Fixierung der Kristalle 48 in den Poren strukturen 44.After flushing 52 or after it has run through a predeterminable number of cycles of flushing 52 and interruption 54 of the flushing 52 , the holding device 14 with the flushed carrier 16 is removed from the suspension 32 in a next step 56 . This is followed by a step 58 during which the rinsed carrier 16 is dried. The drying can in turn take place for a selectable period of time t ₃ and at a selectable temperature T ₁ . The temperature T ₁ is, for example, approximately 400 K. Subsequently, the carrier 16 is exposed to a carbon dioxide atmosphere (step 60 ) in order to then be subjected to a temperature treatment (step 62 ). The temperature treatment 62 takes place over a selectable time period t ₄ at a selectable temperature T ₂ . The time period t ₄ can be, for example, up to several hours, while the temperature T _{2 is,} for example, 850 K. Provision can also be made for the temperature T _{2 to be increased} stepwise from a temperature T ₂ to a temperature T _{3 ′} during the temperature treatment 72 , so that the temperature treatment 62 takes place at different temperatures. During the temperature treatment 62 in the carbon dioxide atmosphere, the carrier 16 is oxidized and thereby the crystals 48 are fixed in the pore structures 44 .

Nach erfolgter Temperung stehen die modifizierten Träger 16 für einen, hier nicht näher zu betrachten den, bestimmungsgemäßen Einsatz im Schritt 64 zur Verfügung. Durch die zuvor beschriebene Modifizie rung, das heißt Beaufschlagung 52 mit der Suspension 32, anschließende Trocknung und Temperierung, steht ein Membranreaktor zur Verfügung, der sich durch ka talytische Eigenschaften und eine definierte Perme abilität für zu behandelnde Reaktanten auszeichnet. Diese gewollten Eigenschaften des Membranreaktors bleiben unabhängig von einer Durchströmungsrichtung mit den zu behandelnden Reaktanten beibehalten. Auch bei großen Druckdifferenzen, beispielsweise 10 bar, und einer Dauereinsatztemperatur von bis zu 1300 K treten keine Eigenschaftsänderungen der Membranreak toren auf. Somit eignen sich diese insbesondere zum Einsatz in Hochtemperaturbereichen entsprechend den durch die Ablagerung der Kristalle 48 und Poren strukturen 44 eingestellten Parameter der Membran reaktoren.After tempering, the modified carriers 16 are available for a designated use in step 64 ( not to be considered here in greater detail). Due to the previously described modification, that is to say loading 52 with the suspension 32 , subsequent drying and tempering, a membrane reactor is available which is characterized by catalytic properties and a defined permeability for reactants to be treated. These desired properties of the membrane reactor are retained regardless of the direction of flow with the reactants to be treated. Even with large pressure differences, for example 10 bar, and a continuous operating temperature of up to 1300 K, there are no changes in the properties of the membrane reactors. These are therefore particularly suitable for use in high-temperature areas in accordance with the parameters of the membrane reactors set by the deposition of crystals 48 and pore structures 44 .

Claims

1. membrane reactor, with a structure permeable to a reactant to be treated, characterized by an open-pore support ( 16 ), a free cross section of pore structures ( 44 ) of the support ( 16 ) being stored in the pore structures ( 44 ), for the reactants to be treated, reactive elements are formed.

2. Membrane reactor according to claim 1, characterized in that the carrier ( 16 ) is a membrane.

3. Membrane reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the reactive elements are formed by solid particles ( 48 ) deposited in the pore structures.

4. Membrane reactor according to claim 3, characterized in that the solid particles ( 48 ) are uniform.

5. Membrane reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the solid particles ( 48 ) over a partial height (h ₁ ) of the pore structures ( 44 ) are deposited.

6. Membrane reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the solid particles ( 48 ) are only deposited in a region ( 46 ) of the pore structures ( 44 ) near the surface.

7. Membrane reactor according to one of the preceding An sayings, characterized in that the reactive Elements have catalytic properties.

8. Membrane reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the reactive elements are zeolite crystals ( 48 ).

9. Membrane reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 16 ) consists of stainless steel.

10. A method for producing membrane reactors, wherein an open-pore support is modified with elements that are reactive for the reactants to be treated, as characterized in that the reactive elements are introduced into pore structures ( 44 ) of the support ( 16 ).

11. The method according to claim 10, characterized in that the carrier ( 16 ) with a reactive element-containing suspension ( 32 ) is applied.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 16 ) is subjected to the suspension ( 32 ) in a defined direction.

13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the suspension ( 32 ) is applied at intervals.

14. A method according to any preceding Ansprü che, characterized in that during the loading aufschlagung of the carrier (16) with the suspension (32) of the carrier (16) is acted upon by ultrasound.

15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 16 ) is heat-treated after being exposed to the suspension ( 32 ).

16. The method according to claim 15, characterized in that the carrier ( 16 ) is oxidized.

17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the suspension ( 32 ) is applied under pressure to the carrier ( 16 ).

18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the suspension ( 32 ) is applied to the carrier ( 16 ) by negative pressure.

19. Device for producing membrane reactors, characterized by a treatment chamber ( 12 ), into which an open-pore carrier ( 16 ) can be introduced, where the carrier ( 16 ), the treatment chamber ( 12 ) forth metically in a receiving space ( 34 ) for a reactive Elements ( 48 ) comprising suspension ( 32 ) and a discharge space ( 26 ) for the liquid ( 32 ') of the suspension ( 32 ), and means for transporting the suspension ( 32 ) from the receiving space ( 34 ) to the carrier ( 16 ) and the liquid ( 32 ') in the discharge space ( 26 ).

20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the means for transporting the Sus pension ( 32 ) are pneumatic means, in particular a vacuum source.