DE19500574A1 - Adsorptionsfilter hoher Lufdurchlässigkeit - Google Patents

Adsorptionsfilter hoher Lufdurchlässigkeit

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Description

Steigendes Umweltbewußtsein, aber auch bessere Erkenntnisse über die Auswirkung von Luftschadstoffen haben vermehrt zum Einsatz von Adsorp­ tionsfiltern geführt.
Die DE 38 13 563 A1 beschreibt ein Filter, bei dem an eine aus Stegen, Dräh­ ten oder Monofilamenten bestehenden dreidimensionalen Trägerstruktur mit Hilfe einer Haftmasse relativ kleine Adsorbenzien befestigt sind, so daß trotz der für die Kinetik günstigen Kleinheit der Teilchen eine hervorragende Luft­ durchlässigkeit erreicht wird. Eine bevorzugte Ausführung besteht in einem großporigen retikulierten PU-Schaum, der mit einem Kleber beaufschlagt und mit Adsorbenzien, meist ca. 0,5 mm große Aktivkohlekügelchen, bestreut wird.
In einem solchen "Expanded Fixed Bed" können bei richtiger Abstimmung von Porengröße und Kugeldurchmesser mehr als 300 g/l Aktivkohle untergebracht werden, wobei im Vergleich zu einer Schüttung gleicher Leistung ein ca. zehn­ mal geringerer Luftwiderstand gefunden wird. Diese Filter haben sich in der Klimatechnik sehr gut bewährt. Bei Anwendungen, wo abwechselnd adsorbiert und desorbiert wird bzw. wo hohe Lösemittelkonzentrationen auftreten, kann es zu Ermüdungserscheinungen des PU-Schaums kommen.
Ein weiterer Nachteil dieses Systems ist, daß retikulierte PU-Schäume in en­ gen Porositätsbereichen kaum mit guter Reproduzierbarkeit und Homogenität herstellbar sind und es zu Schwankungen in Leistung und Luftdurchlässigkeit kommen kann. Selbst innerhalb einer Filterplatte können, beispielsweise durch eine ungleichmäßige Beladung mit Adsorbenzien, Schwankungen in der Luft­ durchlässigkeit auftreten. Wo diese höher ist, werden auch größere Strö­ mungsgeschwindigkeiten auftreten, was schließlich zu einem schlechteren Ab­ schneiden des gesamten Filters führen kann.
Bei Trägerstrukturen aus Drahtgeflechten ist das Aufbringen eines hochvisko­ sen Klebers mit guter Anfangshaftung schwierig, zudem sind viele Kleber einer thermischen bzw. chemischen Dauerbelastung nicht gewachsen.
Es war Ziel der vorliegenden Erfindungen, diese Nachteile zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Ausführung des Adsorptionsfilters hoher Luftdurchlässig­ keit besteht aus einem Bündel von zur Strömungsrichtung parallel angeordne­ ten Kanälen, deren sämtliche Flächen mit Adsorbenzien beaufschlagt sind. Da die Kanäle alle gleich sind, wird eine hohe Homogenität erreicht, so daß das Filter einer gleichmäßigen Belastung ausgesetzt ist. Der Querschnitt der Ka­ näle muß so bemessen sein, daß die Adsorbenzien problemlos eingebracht werden können, aber gleichzeitig die Chancen einer Adsorption (Querdiffu­ sion, Brown′sche Bewegungen) groß sind.
Besonders geeignet sind kugelförmige Adsorbenzien, weil sie sich kaum ver­ keilen und zum Füllen der Kanäle bestens eignen. Aktivkohlekügelchen lassen sich aus Pechen (Steinkohleteerpech, Destillationsrückstände aus der Erdöl­ verwertung) herstellen (P 33 04 349); eine ebenfalls hochwertige Kugelkohle kann durch Karbonisieren und Aktivieren von Ionenaustauschern erhalten wer­ den (P 43 04 026, P 43 28 219). Ebenfalls für die Erfindung geeignet sind Mo­ lekularsiebe sowie poröse Polymere, wie sie beispielsweise unter dem Namen "Sorbathene" (DOW Chemical Cy) oder "Bonopore" (Dynamit-Nobel) erhältlich sind. Als Haftmasse können Kleber auf Basis von Kunststoffdispersionen (Lat­ tices), aber auch Zwei- und Mehrkomponentensysteme, die nach Aufbringen der Adsorbenzien vernetzt werden, zur Anwendung kommen. Die Wände der Kanäle können auch mit Schmelzkleber überzogen werden. Die Kanäle wer­ den dann mit Adsorbenzien gefüllt und aufgeheizt; nach Abkühlung wird der Überschuß entfernt. Besonders hitzebeständige Haftmassen sind Silikate, die eine Fällungskomponente enthalten.
Das Einbringen von Haftmassen in die Kanäle kann schwierig sein. Eine sehr brauchbare Alternative ist, die Kanäle aus einem Material herzustellen, das beim Erhitzen klebrig wird. Für die Herstellung der Kanäle gibt es verschiede­ ne Möglichkeiten. So kann mit einem Extruder ein Kunststoffblock mit Waben­ struktur hergestellt werden, dessen Höhe und Breite durch den Extruderkopf bestimmt wird und der in Stücke mit der gewünschten Länge zersägt wird. Des weiteren können aus Röhrchen geeigneter Dimension Rohrbündel hergestellt werden. Wenn die Kanäle aus einem beim Erhitzen klebrig werdenden Materi­ al hergestellt werden, können sie auf einfachste Weise mit den Adsorbenzien beladen werden: es genügt, sie in einen Überschuß von Adsorbenzien einzu­ betten und zu erhitzen. Der Durchmesser der Kanäle muß größer als der dop­ pelte Teilchendurchmesser sein. Für sehr rieselfähige Adsorberkügelchen werden Kanaldurchmesser 2,5-4 mal größer als die Teilchendurchmesser bevorzugt. Sind die Teilchen unregelmäßig (beispielsweise Korn- oder Splitter­ kohle) und neigen diese zum Verkeilen, sollten die Kanäle noch größer sein. Da kleine Teilchen immer eine bessere Adsorptionskinetik aufweisen, werden Teilchengrößen von 0,1-1 mm, insbesondere 0,3-0,7 mm, bevorzugt.
Beispiel: Eine teflonisierte Blechform mit einer Bodenplatte von 10×20 cm und einem 7 cm hohen Rand wurde mit 2.400 5 cm langen Röhrchen aus Po­ lypropylen mit einem inneren Durchmesser = 2 mm und einer Wandstärke = 0,4 mm unter leichtem Druck vollgepackt, so daß sich die Röhrchen gegensei­ tig berührten. Danach wurde die Form auf einen Vibrator (50 Herz) gestellt und mit einem Überschuß an Aktivkohlekügelchen (Durchmesser von 0,3-0,6 mm) bedeckt. Die Kügelchen füllten sowohl den Innenraum der Röhrchen wie auch die Zwischenräume zwischen den Röhrchen vollständig aus. Die gefüllte Form wurde anschließend auf 170°C gebracht, abgekühlt und vom Kohle­ überschuß befreit. Das ca. 1 l große Rohrbündel konnte ca. 100 g Kugelkohle fixieren. Obschon alleinstehende Röhrchen bei 170°C fast wegschmolzen, behielten die in der Kohle eingebetteten Röhrchen praktisch ihre Form. Der Filterblock hatte einen sehr niedrigen Druckverlust (ΔP bei 1 m/s < 100 m Pa­ scal) und gute adsorptive Eigenschaften (n-Butan, 76 ppm, 0,5 m/s, Gesamt­ aufnahme 5 g, Durchbruch nach 10 s. < 0,5 ppm, nach 5 min < 1 ppm). Es muß deshalb angenommen werden, daß die Molekularbewegungen sowie Turbulenzen zu einer sehr hohen Zahl von Zusammenstößen mit dem Adsor­ bens, welches sehr gut zugänglich ist, führen.

Claims (15)

1. Adsorptionsfilter, insbesondere für gasförmige Medien, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Adsorbenzien an den Wänden einer Trägerstruktur, die aus parallel angeordneten Kanälen besteht, angeordnet sind und die Kanäle in Längsrichtung durchströmt werden.
2. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ad­ sorbenzien kugelförmig sind.
3. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ad­ sorbenzien eine Teilchengröße von 0,1-1 mm, bevorzugterweise von 0,3-0,7 mm, haben.
4. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ad­ sorbenzien Aktivkohle sind.
5. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ad­ sorbenzien karbonisierte und aktivierte Ionenaustauscher sind.
6. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ad­ sorbenzien Molekularsiebe sind.
7. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ad­ sorbenzien poröse Polymere auf Basis von Styrol und Divinylbenzol sind.
8. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ka­ näle der Trägerstruktur wabenförmig ausgebildet sind und bevorzugter­ weise sechseckige Querschnitte haben.
9. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trä­ gerstruktur aus aneinandergefügten Röhrchen besteht.
10. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ka­ näle der Trägerstruktur einen Durchmesser, der mehr als das Doppelte, bevorzugterweise das Drei- bis Vierfache der Größe der Adsorberteilchen, aufweist.
11. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trä­ gerstruktur aus einem Kunststoff besteht, der beim Erhitzen klebrig wird.
12. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trä­ gerstruktur mit einem Kleber überzogen ist und daran die Adsorbenzien haften.
13. Adsorptionsfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber aus einer Kunststoffdispersion oder einem Zwei- oder Mehrkompo­ nentensystem, das vernetzt wird, besteht.
14. Adsorptionsfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein Schmelzkleber ist.
15. Adsorptionsfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein anorganisches Material, vorzugsweise ein viskoses Silikat, ist.
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