DE19636648A1 - Verbesserte Kohlendioxid-absorbierende Partikel für CO·2·-Wäscher-Systeme - Google Patents

Verbesserte Kohlendioxid-absorbierende Partikel für CO·2·-Wäscher-Systeme

Info

Publication number
DE19636648A1
DE19636648A1 DE19636648A DE19636648A DE19636648A1 DE 19636648 A1 DE19636648 A1 DE 19636648A1 DE 19636648 A DE19636648 A DE 19636648A DE 19636648 A DE19636648 A DE 19636648A DE 19636648 A1 DE19636648 A1 DE 19636648A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
pieces
absorbing particles
volume
substrate material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19636648A
Other languages
English (en)
Inventor
Yehuda Harats
Yuval Sharon
Neil Naimer
Jonathan Goldstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electric Fuel EFL Ltd
Original Assignee
Electric Fuel EFL Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electric Fuel EFL Ltd filed Critical Electric Fuel EFL Ltd
Publication of DE19636648A1 publication Critical patent/DE19636648A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/041—Oxides or hydroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28078—Pore diameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3204—Inorganic carriers, supports or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234—Inorganic material layers
    • B01J20/3236—Inorganic material layers containing metal, other than zeolites, e.g. oxides, hydroxides, sulphides or salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3291—Characterised by the shape of the carrier, the coating or the obtained coated product
    • B01J20/3293—Coatings on a core, the core being particle or fiber shaped, e.g. encapsulated particles, coated fibers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/302—Alkali metal compounds of lithium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/604—Hydroxides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft CO₂-absorbierende Partikel für ein Wäschersystem zur Entfernung von Kohlendioxid aus Luft- oder Brennstoffströmen zur Speisung einer Metall-Luft- oder Brennstoff-Zellen-Batterie, oder von Beatmungssystemen, und Verfahren zu ihrer Herstellung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte CO₂-absorbierende Partikel für Zink-Luft-Batterie- Wäschersysteme des in der US-Anmeldung 08/210,333 und der korrespondierenden europäischen Anmeldung 95301398.4 beschriebenen Typs, deren Lehren hiermit einbezogen werden.
Bekanntlich erfordern, wie beispielsweise in US-Patent 3,909,206 beschrieben, Alkali-Elektrolyt-Brennstoffzellen und Metall-Luft-Batterien einen reinen Brennstoff und ein reines Oxidationsmittel zur Energieerzeugung. Viele Oxidationsmittel wie Luft und alle außer den reinsten und deshalb teuersten Sauerstofflieferanten und einige Brennstoffe enthalten Kohlendioxid (CO₂), welches, wenn es mit den Elektrolyten in Kontakt gebracht wird, mit diesem zu Carbonaten reagiert. Die Bildung und Gegenwart von Carbonaten im Elektrolyt mindert die Spannung der Zellen und Batterien und verursacht schließlich ihren Ausfall.
Aus diesem Grunde wird ein CO₂-Wäschersystem bei einer Metall-Luft- oder einer Brennstoff-Zell-Batterie (beispielsweise Zink-Luft-Batterie, Wasserstoff-Luft- Brennstoffzelle) mit einem alkalischen Elektrolyten (beispielsweise wäßrige KOH) und unter Einschluß einer Luft-Elektrode angewandt, wobei Luft als der kathodische Reaktant zugeführt wird. Üblicherweise enthält Luft etwa 400 ppm CO₂, und wenn dieses CO₂ nicht entfernt wird, kann es mit der KOH zu Kaliumcarbonat (K₂CO₃) reagieren, das stufenweise in dem alkalischen Elektrolyten aufgebaut wird.
2KOH + CO₂ = K₂CO₃ + H₂O (1)
K₂CO₃ reduziert nicht nur die Leitfähigkeit und die Alkalität der KOH und führt dabei zu schlechteren Zellpolarisations-Charakteristiken, sondern kann, da sie weniger löslich ist als KOH, Carbonatkristalle in den Poren der Luftelektrode ablagern, insbesondere in Gegenwart anderer schwach löslicher Ionen wie Zinkaten und Aluminaten in den Elektrolyten von Zink-Luft- und Aluminium-Luft- Zellen. Diese Kristalle können Lecks verursachen und die Lebensdauer von Luft-Elektroden verkürzen.
Auf einem benachbarten Gebiet weisen Beatmungssysteme in Schiff-Luft- und Raumfahrteinheiten CO₂-Wäscher auf, die die CO₂-Konzentration auf einem für die Verwendung zur Atmung sicheren niedrigen Niveau halten.
Die allgemeine Absorptionsreaktion von CO₂ durch Alkalimetall-Hydroxid (MOH) wird durch die Gleichung beschrieben:
2MOH + CO₂ = M₂CO₃ + H₂O (2)
Nach dem Stand der Technik wurde daher die Verwendung eines Wäschersystems empfohlen, das Alkali-Hydroxid-Granulat enthielt, welches als ein festes Bett in einem geeigneten Behältnis gehalten wurde, wobei die Korngröße, die Kornbeladung und der Packungsgrad der Granulate durch Faktoren bestimmt wurde wie erforderliche Luft- Strömungsrate und Durchflußzeit durch die Batterie, zulässigem Druckabfall durch das Granulat-Bett, die zulässige CO₂-Ausgangskonzentration und den erforderlichen Absorptionsgrad innerhalb des Bettes. Vorteilhaft werden die Körner zwischen Kunststoff-Sieben gehalten, die etwas feiner sind als die Granulat-Größe und das Wäschersystem kann vorteilhaft mit Staubfiltern und/oder feuchtigkeit- oder tröpfchenzurückhaltenden Demistern ausgestattet sein. Wenn das Bett nicht länger waschwirksam ist und es zum Durchbruch von CO₂ kommt, wie beispielsweise visuell gezeigt wird (durch eine Farbänderung eines chemischen Indikators, mit dem das Granulat imprägniert ist, welche die chemische Erschöpfung des Bettes anzeigt) oder elektronisch (durch die Anzeige eines CO₂-Detektors (beispielsweise des Infrarot-Typs, der CO₂-Gehalte oberhalb eines vorbestimmten Werts, beispielsweise 50 ppm anzeigt), muß das Bett ersetzt werden.
Es besteht daher ein Bedarf für ein Wäschersystem spezieller Anwendung für wartungsfähige Batterien des o.g. Typs, zum Beispiel mechanisch wiederaufladbare Zink-Luft) oder für Beatmungsvorrichtungen, bei denen es erforderlich ist, das CO₂-Wäscher-System periodisch aufrechtzuerhalten, und es ist wünschenswert aus wirtschaftlichen und/oder ökologischen Gründen, das verbrauchte Wäscher-Aktivmaterial wiedereinzusetzen anstatt verbrauchtes Wäschermaterial einfach zu entsorgen und neues Material einzusetzen.
US-Patent 3,909,206 beschreibt einen Wäscher, der feingemahlene Alkali-Hydroxid-Partikel, gemischt mit feinen Partikeln eines hydrophobischen Materials wie Polytetrafluorethylen zur Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom bis zu einer Konzentration von weniger als 0,25 ppm verwendet.
Obwohl CO₂-Konzentrationen bis auf weniger als 0,25 ppm reduziert werden können, sind keine Mittel zum Wiedereinsatz des Wäschermaterials oder zu einer Erhöhung seiner effektiven Lebensdauer vorgesehen.
US-Patent 3,990,912 für Wasserstoff-Luft-Brennstoffzellen mit alkalischen Elektrolyten verwendet elektrochemische Mittel, um K₂CO₃ in den Zellelektrolyten in KOH zurückzuverwandeln, mittels eines zusätzlichen Regenerator- Zellsystems mit umlaufenden Elektrolyten, der Wasserstoff verbraucht während seines Betriebes. Dieses System ist zu komplex, zu schwer und zu parasitisch, was den Energiebedarf für eine Verwendung bei einem mobilen System anbelangt, z. B. einem Elektrofahrzeug, und ist, da es eine Wasserstoffquelle benötigt, nicht bei Nicht-Wasserstoff- Systemen anwendbar (z. B. Aluminium-Luft).
US-Patent 4,047,894 beschreibt ein Wäscherelement, welches im Abstand befindliche gewellte Schichten von porösem PVC, imprägniert mit CO₂-absorbierender Lösung (z. B. 10 Mol pro Liter wäßrige KOH) aufweist. Obwohl Mittel für die Wiederverwendung des Elements beschrieben werden (Sp. 3, Z. 49-52), die Spülen mit Wasser, Trocknen und Reimprägnierung mit Absorptionslösung umfassen, werden keine Mittel zur Wiederverwertung des verbrauchten Absorbers zu frischem, carbonatablagerungsfreien Absorbens oder zur Erhöhung der effektiven Lebensdauer durch mechanische Mittel angegeben.
Wie oben angegeben, werden in der mit vorliegender Anmeldung zusammenhängenden US-Anmeldung 08/210,333 und der entsprechenden europäischen Anmeldung 95301308, deren Lehren hier inkorporiert werden, ein Wäschersystem beschrieben und beansprucht zur Entfernung von Kohlendioxid aus einer Luft-Metall- oder einer Brennstoffzellen- Batterie. In der genannten Beschreibung umfaßt das CO₂- absorbierende Material eine Lösung von Hydroxiden der Metalle der Gruppe 1A in Wasser, die in porösen Körnern eines alkaliresistenten Material absorbiert ist.
Insbesondere basierte das Wäschersystem, welches in der genannten, mit der vorliegenden Anmeldung zusammenhängenden Anmeldung beschrieben ist, auf der Verwendung eines groben CO₂-absorbierenden Materials des gekörnten Typs (3 bis 30 mesh), umfassend ein Alkalimetallhydroxid (z. B. ausgewählt unter LioH, NAOH, KOH). Das Hydroxid darin ist als in der festen Phase befindlich beschrieben (entweder wasserfreie oder hydratisierte Form), vorteilhaft kann gegebenenfalls eine gewisse Mindestporosität (Minimum 50%) der Körner eine Nutzung der inneren Teile der genannten Körner gewährleisten. Alternativ kann, insbesondere wenn die Luft zur Wäscher/Batterie vorbefeuchtet ist, das Hydroxid in Form einer imprägnierten Phase als eine wäßrige Lösung (z. B. 30 bis 40 Gew-.% MOH), absorbiert in porösen Trägerkörnern eines alkaliresistenten Kunststoffs einer keramischen Masse oder eines Elastomers in Schaum-, Flocken-, Chip- oder Filz-Form vorliegen. Beispiele für solche Materialien sind Polyethylen, Polypropylen, PVC, Polystyrol, Nylon, Ziegel geringer Dichte oder Gummi.
Es wurde nun gefunden, daß diese Lösung mit einer geringen Nutzung des CO₂-absorbierenden Materials zum Zeitpunkt eines CO₂-Durchbruchs verbunden ist und daß nur der äußere Kern des Granulat-Körpers, der typischerweise 30 bis 40% des Gewichts oder Volumens der aktiven Materials umfaßt, reagiert.
Dieser Wert ist sehr gering und führt zu einer großen Menge unreagierten Absorbers, der jedesmal, wenn der Wäscher gewartet wird, ersetzt oder regeniert werden muß. Bedauerlicherweise befindet sich das unreagierte Material im Kern des Granulats oder ist innerhalb des Substratkerns absorbiert und es gibt keinen einfachen Trennweg. Einige Waschmaterialien wie LioH oder sein Hydrat sind bevorzugte Absorbermaterialien für CO₂ wegen ihres geringen Gewichtsverhältnisses,
in Verbindung mit der CO₂-Absorptionsreaktion
2 MOH + CO₂ = M₂CO₃ + H₂O
jedoch sind diese Materialien teuer und ihre Ausnutzung sollte erhöht werden.
Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik werden nun CO₂-absorbierende Partikel für ein CO₂-Wäschersystem vorgeschlagen, welches eine Vielzahl von Teilen eines Substratmaterials umfaßt, wobei diese Teile mit einer mindestens teilweise einhüllenden äußeren Schicht beschichtet sind, die aus einem CO₂-Absorber gebildet wird, wobei die genannten Partikel einen im wesentlichen inerten Kern, ein Substratmaterial und eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von etwa 6 bis 14 mesh aufweisen und das Volumen der genannten bedeckenden Schicht etwa 20 bis 40% des Substratvolumens beträgt.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Substratmaterial porös und besitzt eine Porosität von mindestens 50% und eine grobe Porenstruktur mit Porendurchmessern im Bereich von 100 bis 500 Mikron.
In einem weiteren Teil der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von CO₂-absorbierenden Partikeln für ein CO₂-Wäschersystem bereitgestellt, welches die Herstellung poröser Teile von Substratmaterial umfaßt, welche eine Porosität von mindestens 50% und eine grobe Porenstruktur mit Porendurchmessern im Bereich von 100 bis 500 Mikron aufweisen, indem eine Aufschlämmung eines CO₂- Absorbermaterials hergestellt wird, die genannten Stücke des Substratmaterials in einem Filterbehälter plaziert werden und die Aufschlämmung über diese Stücke zur Bildung einer Überzugsschicht auf diesen Stücken gegossen wird, und bei dem anschließend eine Erwärmung erfolgt, wobei die genannten gebildeten Partikel einen im wesentlichen inerten Kern des Substratmaterials aufweisen und eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 6 bis 14 mesh, und wobei das Volumen dieser Überzugsschicht etwa 20 bis 40% des Volumens der Substratteile beträgt.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung von CO₂-absorbierenden Partikeln für ein CO₂-Wäschersystem bereit, welches die Herstellung von Stücken von Substratmaterial umfaßt, die Herstellung einer Aufschlämmung eines CO₂-Absorbermaterials oder Verwendung des Absorbermaterials direkt und das Aufpressen dieser Aufschlämmung oder des Absorbermaterials auf die Oberfläche der genannten Teile des Substratmaterials zur Bildung einer Überzugsschicht auf diesen Teilen, wobei die genannten gebildeten Partikel einen im wesentlichen inerten Kern Substratmaterial und eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von etwa 6 bis 14 mesh aufweisen und das Volumen dieser Überzugsschicht zwischen etwa 20 und 40% des Volumens der Substratteile beträgt.
Somit wurde entsprechend der vorliegenden Erfindung ein neues CO₂-absorbierendes Material entwickelt, welches poröse Substratkörner, überzogen mit CO₂-absorbierendem Material umfaßt. LioH und sein Hydrat sind die bevorzugten CO₂-Absorber der Wahl, obwohl andere Hydroxide von Metallen der Gruppe 1A ebenso verwendet werden können und andere CO₂-Absorber wie Natronkalk, Natriumhydroxid mit Bariumhydroxid und Amine. Ähnlich der US-Anmeldung 08/210,333 kann das Substratmaterial auf porösen Stücken von einem alkaliresistenten Kunststoff, einer alkaliresistenten Keramik, Kohlenstoff oder Elastomer in Form von Schaum, Flocken, Chips, Körnern oder Filzform bestehen.
Beispiele für solche Materialien sind Polyethylen, Polypropylen, PVC, Polystyrol, Nylon, Gummi, Kohlenstoff und Ton, Stein oder Ziegel geringer Dichte.
Es wurde jedoch gefunden, daß zur Haftung des Überzugs der Beschichtung an den Substratkörnern (das absorbierende Material wird vorzugsweise über die feste Phase als Pulver oder Aufschlämmung auf die Substratkörner aufgebracht, anschließend wird wie unten beschrieben erhitzt) das Substratmaterial eine Porosität von mindestens 50% haben sollte und eine grobe Porenstruktur mit Porenstruktur mit Porendurchmessern im Bereich 100 bis 500 Mikron. Weiterhin sollte das beschichtete Substrat (das eine Teilchengröße im Bereich 6 bis 14 mesh aus den oben erörterten Gründen aufweisen sollte) eine optimale Volumenverteilung zwischen dem Beschichtungsvolumen und dem Substratvolumen aufweisen, derart, daß das Beschichtungsvolumen etwa 30% des Substratvolumens beträgt. Unter praktischen Bedingungen würde ein geeigneter Substratdurchmesser im Bereich von 1 bis 2 mm bei den vorstehend erwähnten beschichteten Körnergrößen vom 6 bis 14 mesh (2 bis 4 mm Partikeldurchmeser) betragen. Bei CO₂-Durchbruch kann die Nutzung des absorbierenden Materials durch diese Vorgehensweise verdoppelt oder verdreifacht werden.
Bevorzugtes Substratmaterial zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist Magnesiumoxid (MgO). Der Lithium-Hydroxid-Absorber, der (als Rohmaterial oder aus Regeneration) als feines Pulver einer Teilchengröße im Bereich 1 bis 10 Mikron erhältlich ist, wird zunächst als 30gew.-%ige Aufschlämmung in einer geeigneten Trägerphase wie Isopropylalkohol oder gesättigte Lösung von 10 Gew. -% Lithiumhydroxid in Wasser hergestellt. Die Magnesiumoxidkörner werden in einen Filtertrichter eingebracht und mittels eines Kunststoffrührers gerührt. Die Lithiumhydroxidaufschlämmung wird dann in den Filtertrichter gegeben und die flüssige Phase kontinuierlich abgefiltert. Der Vorgang ist beendet, wenn das scheinbare Volumen des Lithiumhydroxids, das 30% der scheinbaren Volumens des Magnesiumoxids entspricht, zugegeben ist und die flüssige Phase der Aufschlämmung im wesentlichen abgefiltert ist.
Der Inhalt des Filtertrichters wird dann auf einen Kunststoffboden gegossen und da bei 50 bis 150°C in einem von Luft freien CO₂-Strom erhitzt und/oder einem Vakuum ausgesetzt. Die beschichteten Körner können dann als CO₂- Wäschermaterial eingesetzt werden. Infolge der viskosen Natur der flüssigen Aufschlämmungsphase tritt nur ein kleiner Teil von gelöstem LioH in die MgO-Körner ein. Bei einer weiteren Ausführungsform können Substratstücke in einer hergestellten Form, beispielsweise Kunststoffkörner mit einer oder mehreren äußeren Höhlungen mit absorbierender Aufschlämmung oder absorbierendem Pulver beladen werden durch Beschichtung oder Mittel zum Einpressen in die Aushöhlungszone, und dann wie oben erhitzt werden. Kompressionsdrucke liegen im Bereich von 1 bis 2 t pro cm².
Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit bestimmtem bevorzugten Ausführungsformen in den nachfolgenden Beispielen zum besseren Verständnis beschrieben, sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt. Es ist im Gegenteil beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, die innerhalb des Bereichs der Erfindung liegen und durch die beigefügten Ansprüche definiert sind. Somit dienen die nachfolgenden Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen umfassen, der praktischen Erläuterung dieser Erfindung, wobei zu betonen ist, daß die dargestellten besonderen Merkmale ausschließlich beispielhaft zum Zwecke einer anschaulichen Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind und zur Ausführung dessen dienen, was als nützlichste und direkt verständliche Beschreibung der Herstellungsverfahren sowie der Prinzipien und konzeptionellen Gesichtspunkte der Erfindung angesehen wird.
Beispiel 1
Substratkörner aus Magnesiumoxid einer Porosität von 70% und einer Teilchengröße von 1 bis 2 mm werden durch Hochtemperatursintern von Magnesiumoxidpulver (70 Mikron- Grad) hergestellt. Porositätsmessungen (mikrometrisch) zeigten, daß die vorherrschenden Oberflächenporen der Körner einen Durchmesser von mindestens 150 Mikron aufweisen. Das CO₂-absorbierende Material zur Beschichtung der Magnesiumoxidkörner war Lithiumhydroxidpulver (10 bis 100 Mikron-Grad). Eine 50 g Probe der Magnesiumoxidkörner wurde in einen Büchner-Filtertrichter eingebracht, der Filter wurde mit einem Whatman No. 41 Filterpapier bestückt und die Körner wurden mittels eines Kunststoffrührers, der mit einem Overhead-Rührer verbunden war, gerührt. Während einer sachten Bewegung des Kunststoffrührers und der Verbindung der Büchner-Vorrichtung mit einer Wasserstrahlpumpe wurde die Aufschlämmung, die 30 g Lithiumhydroxidpulver in einer gesättigten Lösung von 70 g 10%iger Lithiumhydroxids in Wasser umfaßte, langsam über die Magnesiumoxidkörner gegossen. Nach Abziehen der flüssigen Phase wurde der Inhalt des Filtertrichters auf einen Kunststoffboden gegossen und in einem von Luft freien Strom von CO₂ bei 55° eine Stunde getrocknet. Eine Untersuchung der beschichteten Körner zeigte, daß die Beschichtung sehr fest und auf den grobporigen Magnesiumoxidkernen gebunden war, die mesh-Größe der beschichteten Körner lag im Bereich 6 bis 14 mesh. Durch Bestimmung des Bulk-Volumens des Substrats vor und nach Beschichtung wurde gezeigt, daß die Beschichtung etwa 30% des Netto-Substratvolumens betrug.
Beispiel 2
Die beschichteten Körner aus Beispiel 1 (30 g-Gehalt Lithiumhydroxid) wurde bezüglich der Wasch-Effektivität mit einem äquivalenten Volumen von handelsüblichen 6 bis 14 mesh-Körnern, die nur LioH (50 g) umfaßten, verglichen, in dem normale Luft (400 ppm CO₂) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 150 ml/min in getrennten Wäscher-Kolonnen über die gepackten Körner für zwei aufeinanderfolgende Versuche geleitet wurde, bis Durchbruch eintrat (über 50 ppm CO₂, über Infrarot CO₂-Detektor im Luftaustrittsstrom). Das beschichtete Material hielt etwa die gleiche Zeit bis zum Durchbruch wie die handelsüblichen Granulate und zeigte damit eine viel höhere Ausnutzung des verfügbaren Lithiumhydroxids.
Es ist für den Fachmann klar, daß die Erfindung nicht auf die Details der voranstehenden beschreibenden Beispiele beschränkt ist und daß die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Formen verwirklicht werden kann, ohne von den wesentlichen Merkmalen abzuweichen; es ist daher erwünscht, daß die vorliegenden Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht als beschreibend und nicht beschränkend betrachtet werden.

Claims (14)

1. CO₂-absorbierende Partikel für ein CO₂-Wäschersystem, umfassend eine Vielzahl von Stücken von Substratmaterial, wobei diese Stücke mit einer aus einem CO₂-Absorber gebildeten, mindestens teilweise einhüllenden äußeren Schicht überzogen sind, wobei die genannten Partikel einen im wesentlichen inerten Kern an Substratmaterial und eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich 6 bis 14 mesh aufweisen und wobei das Volumen der Überzugsschicht etwa 20 bis 40% des Substratvolumens beträgt.
2. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 1, wobei die Substratstücke mit inertem Kern eine durchschnittliche Hauptachse von 1 bis 2 mm aufweisen, und wobei die Beschichtung eine Dicke von 100 bis 500 Mikron aufweist.
3. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 1, wobei der CO₂-Absorber ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxiden und ihren Hydraten von Metallen der Gruppe 1A, Natronkalk, Natriumhydroxid, Bariumhydroxid, Aminen und Kombinationen davon.
4. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 1, wobei der CO₂-Absorber LioH oder ein Hydrat davon ist.
5. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 1, wobei die Substratstücke aus einem Material gebildet werden, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus alkaliresistentem Kunststoff, Keramik, Kohlenstoff oder Elastomer in Schaum-, Flocken-, Chip-, Körner-, Filzform oder in Form eines vorgefertigten Trägers.
6. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 5, wobei die Substratstücke mindestens eine äußere Höhlung zur Aufnahme von CO₂-absorbierendem Material durch Beschichtung oder Aufpreßvorrichtungen aufweisen.
7. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 1, wobei das Substratmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Nylon, Gummi, Kohlenstoff, Ton niedriger Dichte, Stein und Ziegel.
8. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 1, wobei das Volumen der Überzugsschicht 25 bis 35% des Substratvolumens beträgt.
9. CO₂-absorbierende Partikel nach Anspruch 1, wobei das Substratmaterial porös ist und eine Porosität von mindestens 50% und eine grobe Porenstruktur mit Porendurchmessern im Bereich 100 bis 500 Mikron aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung von CO₂-absorbierenden Partikeln für ein CO₂-Wäschersystem, umfassend die Herstellung von porösen Stücken von Substratmaterial mit einer Porosität von mindestens 50% und einer groben Porenstruktur mit Porendurchmessern im Bereich 100 bis 500 Mikron, Herstellung einer Aufschlämmung eines CO₂- Absorbermaterials, Einbringen der Stücke des Substratmaterials in einen Filterbehälter, Aufgießen der Aufschlämmung über die Substratstücke zur Bildung einer Überzugsschicht auf den Stücken, Erwärmen der entstehenden Partikel, wobei die gebildeten Partikel einen im wesentlichen inerten Kern Substratmaterial und eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von etwa 6 bis 14 mesh aufweisen und das Volumen der Überzugsschicht etwa 20 bis 40% des Volumens der Substratstücke beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung von CO₂-absorbierenden Partikeln für eine CO₂-Wäschersystem nach Anspruch 1, wobei das Substratmaterial Magnesiumoxid ist.
12. Verfahren zur Herstellung von CO₂-absorbierenden Partikeln für ein Wäschersystem nach Anspruch 10, wobei der CO₂-Absorber Lithiumhydroxid ist.
13. Verfahren zur Herstellung von CO₂-absorbierenden Partikeln für ein CO₂-Wäschersystem nach Anspruch 10, wobei die Substratmaterialstücke in eine Filterapparatur eingebracht und sachte mittels eines Rührers während der Zugabe der Aufschlämmung dazu bewegt werden.
14. Verfahren zur Herstellung von CO₂-absorbierenden Partikeln für ein CO₂-Wäschersystem, umfassend die Herstellung von Substratmaterialstücken, die Herstellung einer Aufschlämmung von CO₂-Absorbermaterial oder die Verwendung von Absorbermaterial direkt und Aufpressen der Aufschlämmung oder des Absorbermaterials auf die Oberfläche der Substratmaterialstücke zur Bildung einer Überzugsschicht auf diesen Stücken, Erwärmung der entstehenden Partikel, wobei die gebildeten Partikel einen im wesentlichen inerten Kern Substratmaterial, eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von etwa 6 bis 14 mesh und ein Volumen der Überzugsschicht von etwa 20 bis 40% des Volumens der Substratstücke aufweisen.
DE19636648A 1995-09-12 1996-09-10 Verbesserte Kohlendioxid-absorbierende Partikel für CO·2·-Wäscher-Systeme Withdrawn DE19636648A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US52689595A 1995-09-12 1995-09-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19636648A1 true DE19636648A1 (de) 1997-03-13

Family

ID=24099269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19636648A Withdrawn DE19636648A1 (de) 1995-09-12 1996-09-10 Verbesserte Kohlendioxid-absorbierende Partikel für CO·2·-Wäscher-Systeme

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE19636648A1 (de)
GB (1) GB2305139A (de)
IT (1) IT1284497B1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10157552A1 (de) * 2001-11-23 2003-06-12 Messer Griesheim Gmbh Gasreinigungsmasse zur Entfernung von Kohlendioxid aus trockenen Gasen
DE102008010349A1 (de) * 2008-02-13 2009-08-20 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg(ZSW) Als CO2-Absorbens und zur Anwendung als Bettmaterial in Wirbelschichten geeignetes Material und dessen Herstellung

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1354368B1 (de) * 2001-01-24 2015-04-08 Casio Computer Co., Ltd. Integrierter treibstofftank mit reformer und gasreiniger zur versorgung einer brennstoffzelle
US20070141430A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-21 Qunjian Huang Gas scrubber and method related thereto
EP2893322B1 (de) * 2012-08-20 2018-11-14 SABIC Global Technologies B.V. Online-bestimmung in echtzeit von kaustik bei prozessschrubbern mittels nahinfrarot-spektroskopie und chemometrie
US10530001B2 (en) 2014-05-19 2020-01-07 Gencell Ltd. Scrubbing device for gas used in a fuel cell and method of scrubbing gas using the device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3684712A (en) * 1970-02-02 1972-08-15 Ato Inc Carbon dioxide absorbing chemical
SE8207022L (sv) * 1982-12-08 1984-06-09 Lindstroem Ab Olle Sett och anordning for borttagning av koldioxid
US5595949A (en) * 1994-03-18 1997-01-21 Electric Fuel (E.F.L.) Ltd., Scrubber system for removing carbon dioxide from a metal-air or fuel cell battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10157552A1 (de) * 2001-11-23 2003-06-12 Messer Griesheim Gmbh Gasreinigungsmasse zur Entfernung von Kohlendioxid aus trockenen Gasen
DE10157552B4 (de) * 2001-11-23 2012-05-31 Air Liquide Deutschland Gmbh Gasreinigungsmasse zur Entfernung von Kohlendioxid aus trockenen Gasen und deren Verwendung
DE102008010349A1 (de) * 2008-02-13 2009-08-20 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg(ZSW) Als CO2-Absorbens und zur Anwendung als Bettmaterial in Wirbelschichten geeignetes Material und dessen Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
ITMI961854A1 (it) 1998-03-10
IT1284497B1 (it) 1998-05-21
GB2305139A (en) 1997-04-02
GB9618219D0 (en) 1996-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3107205C2 (de)
DE69732136T2 (de) Gasadsorptionsystem für ein gerät zum wiedereinatmen von ausgeatmeter luft
DE2129470A1 (de) Gemisch aus Polytetrafluoraethylen und feinteiligen anorganischen Feststoffen
DE2137900C3 (de) Wiederaufladbare, abgedichtete alkalische galvanische Zelle mit einer Zink enthaltenden negativen Elektrode und einem mehrschichtigen Separator
DE69721136T2 (de) Nicht gesinterte Nickelelektrode für alkalische Speicherbatterie, diese enthaltende alkalische Speicherbatterie und Herstellungsverfahren für solch eine Elektrode.
DE2725995A1 (de) Entfernung einer gaskomponente aus einem gasstrom
DE2912272A1 (de) Hochporoese elektrodenkoerper fuer elektrische akkumulatoren und verfahren zu deren herstellung
DE68913719T2 (de) Gasdichte alkalische Sammlerbatterie und Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode davon.
LU80727A1 (fr) Poroese elektrode
DE2137753C3 (de) Wiederaufladbare, abgedichtete, alkalische elektrochemische Zelle mit einer Zink enthaltenden negativen Elektrode und einem mehrschichtigen Separator
DE4430233A1 (de) Elektrochemische Zelle
DE19636648A1 (de) Verbesserte Kohlendioxid-absorbierende Partikel für CO·2·-Wäscher-Systeme
DE3526842C2 (de)
DE19939025A1 (de) Nickel-Mischydroxid, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung als Kathodenmaterial in alkalischen Batterien
DE2641285C2 (de) Absorptionsmittel für Wasserstoffgas und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1956732A1 (de) Gasdiffusionselektrode
AT266237B (de) Verfahren zur Herstellung von Cadmiumelektroden
DE4017884A1 (de) Gasdichter alkalischer akkumulator
CH634952A5 (de) Verfahren zur herstellung eines aktiven batterie-elektroden-pulvers und anwendung desselben zur herstellung einer batterie-elektroden-platte.
DE3532697C2 (de)
EP1194964B1 (de) Gemisch aus metall- und/oder legierungsteilchen und einem flüssigen elektrolytischen medium sowie verfahren zur herstellung desselben
DE3390339T1 (de) Abgedichtete Nickel/Zink-Zelle
DE102004034885A1 (de) Silber-Gasdiffusionselektrode für den Einsatz in CO2-haltiger Luft
DE69735285T2 (de) Nickelmetallhydrid-Speicherzelle
DE3540718C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee