DE19706813A1

DE19706813A1 - Sorbent for gases

Info

Publication number: DE19706813A1
Application number: DE1997106813
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Ing Naundorf; Ralf Dr Ing Wollenberg; Hans-Werner Dr Ing Schroeder; Dietmar Dr Ing Trommer; Ulrike Dipl Ing Speer
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-08-27

Abstract

Sorbent for gases comprises finely dispersed aqueous suspension of a finely ground plant material which can be underdeveloped green plants in the growing phase or plant material changed by biochemical processes or by internal condensation or by extraction or by chemical decomposition.

Description

Der erfindungsgemäß hergestellte Ad- und Absorptionsstoff kann angewendet werden für die Abscheidung von Schad- oder Nutzga sen aus Luft oder aus Gasgemischen.The adsorbent and absorbent produced according to the invention can are used for the separation of harmful or useful gas from air or from gas mixtures.

Für die Abscheidung von Schad- oder Nutzgasen aus Luft oder aus Gasgemischen werden in Abhängigkeit von den jeweiligen Rahmenbedingungen eine Vielzahl unterschiedlicher körniger oder pulvriger Adsorptionsstoffe in Form z. B. von Aktivkok sen, Aktivkohlen, Zeolithen und polymeren Kunststoffen oder Chemikalien und spezifisch wirkende Lösungsmittel oder Suspen sionen aus Wasser und partiell löslichen Adsorptionsstoffen, wie Kalkstein bzw. Löschkalk, verwendet. Die abzuscheidenden Gase werden von den genannten Stoffen durch physikalische oder chemische Bindekräfte sorbiert.For the separation of harmful or useful gases from air or gas mixtures become dependent on the respective Framework a variety of different granular or powdery adsorbents in the form of z. B. of activated coke sen, activated carbons, zeolites and polymer plastics or Chemicals and specific acting solvents or suspensions ions from water and partially soluble adsorbents, like limestone or slaked lime. The ones to be deposited Gases are separated from the substances mentioned by physical or chemical binding forces sorbed.

Die wesentlichsten Nachteile bei der Herstellung der bekannten Sorptionsstoffe sind der hohe verfahrenstechnische und/oder energetische Aufwand und die daraus resultierenden hohen Prei se. Oft fallen nicht verwertbare Ab- und/oder Nebenprodukte an. Die bekannten Sorptionsstoffe verfügen zudem teilweise über eine nur geringe Aufnahmekapazität für spezielle Gase. Nach dem Gebrauch ist ein hoher Aufwand für die Regenerierung oder Entsorgung der Sorptionsstoffe erforderlich. Einige der bekannten Sorptionsstoffe stehen nur begrenzt zur Verfügung.The main disadvantages in the production of the known Sorbents are the high process engineering and / or energy expenditure and the resulting high price se. Often unusable waste and / or by-products fall on. The known sorbents also have some has a low absorption capacity for special gases. After use is a lot of effort for regeneration or disposal of sorbents required. Some of the known sorbents are only available to a limited extent.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Auswahl von Ad- und Absorp tionsstoffen (in der weiteren Beschreibung als Sorptionsstoffe bezeichnet) zu erweitern. Der erfindungsgemäße Sorptionsstoff soll in großen Mengen und billig zur Verfügung stehen und mit vergleichsweise geringem technologischen und energetischen Aufwand ohne Ab- und Nebenprodukte herstellbar sein.The object of the invention is to select ad and absorb tion substances (in the further description as sorbents referred to) to expand. The sorbent according to the invention should be available in large quantities and cheaply and with comparatively low technological and energetic Effort can be produced without waste and by-products.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus ma kromolekularen Strukturbausteinen mit einem hohen erschließ baren Bindevermögen für Gase bestehende Pflanzenstoffe bzw. pflanzenstämmige Produkte unter geeigneten Milieubedingungen intensiv zerkleinert und in eine wäßrige Suspension überführt werden.According to the invention the object is achieved in that from ma cromolecular structural components with a high opens up bindable assets for gases existing plant substances or plant products under suitable milieu conditions crushed intensively and transferred to an aqueous suspension will.

Es sind Pflanzenstoffe besonders geeignet, die sich in der Wachstumsphase befinden und deren Strukturbausteine noch nicht durch natürliche Reifeprozesse oder durch Trocknung auf nied rige Wassergehalte entaktiviert und verfestigt sind. Solche Pflanzenstoffe sind insbesondere frisches Gras, grüne Futter pflanzen, junge unausgereifte Getreidepflanzen.Plant substances that are found in the Growth phase and their structural components are not yet through natural ripening processes or by drying to low water contents are deactivated and solidified. Such Plant substances are especially fresh grass, green feed plants, young unripe cereal plants.

Geeignete Pflanzenstoffe sind auch Teilprodukte und Umwand lungsprodukte von nachwachsenden Rohstoffen, die im Rahmen von Extraktions-, Aufschluß- und Umwandlungsreaktionen anfallen und deren Reaktivität leicht durch Zerkleinerung aktivierbar ist. Dazu gehören u. a. ausgelaugte Zuckerrübenschnitzel und ausgelaugtes Zuckerrohr.Suitable plant substances are also partial products and transformation Development products from renewable raw materials that are part of Extraction, digestion and conversion reactions occur and their reactivity can easily be activated by comminution is. These include a. leached sugar beet pulp and leached sugar cane.

Auch können Pflanzenstoffe als Ausgangsmaterial genutzt wer den, deren komplexer makromolekularer Aufbau durch biochemi sche Reaktionen und/oder durch Inkohlungsprozesse in reaktive und leicht aufschließbare Strukturen umwandelbar ist. Solche Stoffe sind zum Beispiel Braunkohlen mit einem hohen Huminsäu regehalt und für die Zerkleinerung günstigen petrographischen Bestandteilen oder durch Klassierung abgetrennte Kornfraktio nen von Braunkohlen.Plant substances can also be used as starting material the, whose complex macromolecular structure by biochemi cal reactions and / or through carbonization processes in reactive and easily accessible structures can be converted. Such Substances are, for example, brown coal with a high level of humic acid lively and petrographic for comminution Ingredients or grain fraction separated by classification brown coal.

Auch sind durch Gärung und/oder Kompostierung und damit durch Einwirkung von Bakterien und/oder Pilzen veränderte Pflanzen stoffe geeignet.Also through fermentation and / or composting and thus through Exposure of bacteria and / or fungi to modified plants suitable for fabrics.

Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Sorptionsstoffes werden die Pflanzenstoffe einem intensiven mechanischen Auf schluß unterzogen, bei dem die latenten reaktiven Molekül strukturen freigelegt und/oder erzeugt werden. Die Pflanzen stoffe werden dazu einer besonders intensiven Zerkleinerung mit hoher Druck-, Schlag- und vor allem Scherbeanspruchung in einem wäßrigen Milieu unterzogen. For the production of the sorbent according to the invention the plant substances are subjected to an intensive mechanical concluded in which the latent reactive molecule structures are exposed and / or generated. The plants for this purpose, materials become particularly intensive size reduction with high pressure, impact and above all shear stress in subjected to an aqueous environment.

Bei dieser Naßaufschlußmahlung begünstigt das Wasser durch Löse- und Quellprozesse die Aufspaltung der komplexen Molekül verbände. Das Wasser hat zudem die Aufgabe, die während der Zerkleinerung freigelegten polarisierten und dissoziations fähigen Gruppen sowie die aufgebrochenen Bindekräfte durch Hydratisierung zu konservieren und vor ungewollten vorzeitigen Reaktionen mit gelöster und/oder dispergierter Feststoffsub stanz oder mit Gasen zu schützen.With this wet digestion the water favors through Dissolving and swelling processes the splitting up of the complex molecule associations. The water also has the task of Crushing exposed polarized and dissociations capable groups as well as the broken binding forces Preserve hydration and prevent unwanted premature Reactions with dissolved and / or dispersed solid sub punch or to protect with gases.

Der Zerkleinerungsprozeß erfolgt mit hoher Intensität und über einen längeren Zeitraum. Der Aufschlußprozeß kann durch Erwär mung der Rohstoffe vor oder während der Mahlung sowie durch Einsatz stoffspezifischer Aufschlußhilfsstoffe verstärkt wer den.The crushing process takes place with high intensity and over a longer period. The digestion process can by Erwär of the raw materials before or during grinding and through The use of substance-specific digestion aids is reinforced the.

Die Pflanzenstoffe werden auf eine hohe Feinheit zerkleinert, wobei ein möglichst hoher Anteil der ursprünglichen Ausgangs stoffe gelöst, kolloidal dispergiert und auf Partikelgrößen von vorzugsweise < 100 µm gebracht wird. Die Kornform der Partikel und die maximale Korngröße des Mahlgutes bedürfen keiner besonderen Festlegungen, vorausgesetzt, daß die gröbe ren Partikel ebenfalls reaktiv sind.The plant substances are crushed to a high fineness, being as high a share of the original output as possible substances dissolved, colloidally dispersed and to particle sizes of preferably <100 microns is brought. The grain shape of the Particles and the maximum grain size of the regrind are required no special stipulations, provided that the gross ren particles are also reactive.

Für die Zerkleinerung der Pflanzenstoffe auf hohe Feinheit im wäßrigen Milieu sind z. B. Schwingmühlen und Rührwerksmühlen gut geeignet. Die Pflanzenstoffe können nach Bedarf einzeln oder in geeigneter Kombination zerkleinert werden.For the crushing of the plant substances to high fineness in the aqueous milieu are e.g. B. vibratory mills and agitator mills well suited. The plant substances can be used individually or crushed in a suitable combination.

Der Sorptionsstoff kann auch durch Abtrennung der feindisper sen Mahlgutfraktion von dem weniger reaktiven Grobgut durch Naßsiebung während oder nach der Naßmahlung hergestellt wer den. Der Trockensubstanzgehalt der Suspension kann über das Wasser-Rohstoff-Verhältnis bei der Mahlung und/oder durch Ver dünnung oder Abfiltration eines Teiles des Wassers nach dem Mahlprozeß nach Bedarf verändert werden.The sorbent can also be separated by separating the fine regrind fraction from the less reactive coarse material Wet sieving during or after the wet grinding process the. The dry matter content of the suspension can be adjusted using the Water-raw material ratio during grinding and / or through Ver thinning or filtration of part of the water after the Grinding process can be changed as required.

Zur Abscheidung der Schadstoff- oder Nutzgase werden die Gas gemische in die wäßrigen Suspensionen des Sorptionsstoffes eingeleitet. Die Naßsorption erfolgt unter den für jeden An wendungsfall zu optimierenden Verweilzeitbedingungen. Zur Erzielung günstiger Reaktionsbedingungen werden die fein ver teilten Gasblasen und die Suspension in bekannter Weise turbu lent vermischt. Es ist vorteilhaft, die zu reinigenden Gas blasen während des Sorptionsprozesses z. B. durch Rührer oder durch Mahlorgane auf eine möglichst geringe Größe zu zerstö ren.The gas is used to separate the pollutant or useful gases mixtures in the aqueous suspensions of the sorbent initiated. The wet sorption takes place among those for each type Use case conditions to be optimized. For To achieve favorable reaction conditions, the fine ver shared gas bubbles and the suspension turbu in a known manner lent mixed. It is advantageous to use the gas to be cleaned blow during the sorption process z. B. by stirrers or to be destroyed by grinding elements to the smallest possible size ren.

Die Erfindung soll nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is based on three exemplary embodiments are explained in more detail.

example 1

Miozäne Weichbraunkohle mit geringem Aschegehalt von etwa 6% (d) wird als Rohkohle mit einer Rohrschwingmühle bei einem Rohkohle-Wasser-Masseverhältnis von 1 : 2 bei 40°C auf eine hohe Feinheit von 95% Masseprozent mit der Korngröße ≦ 200 µm zerkleinert. Die Kohlesuspension wird in einem Rührreaktor mit SO₂-haltiger Luft (10 000 ppm SO₂) intensiv vermischt. Das SO₂ wird vollständig durch Sorptionsprozesse aus der Luft abge schieden. Die Durchbruchskennlinie steigt nach vollständiger Beladung der fein dispergierten Weichbraunkohle steil bis zur Ausgangskonzentration des SO₂ in der Luft an. Es wird eine spezifische Beladung der dispergierten Kohle von 0,088 g SO₂ je Gramm Braunkohle (bezogen auf Trockensubstanz) erreicht. Der Schwefelgehalt der Braunkohle steigt durch die Aufnahme von SO₂ von 0,5% (d) vor der Abscheidung auf 2,3% nach der SO₂-Auf nahme an.Miocene soft brown coal with a low ash content of about 6% (d) is crushed as raw coal with a vibrating tube mill with a raw coal-water mass ratio of 1: 2 at 40 ° C to a high fineness of 95% by weight with a grain size of ≦ 200 µm. The coal suspension is mixed intensively in a stirred reactor with SO ₂ -containing air (10,000 ppm SO ₂ ). The SO ₂ is completely separated from the air by sorption processes. The breakthrough characteristic curve rises steeply after the finely dispersed soft lignite has been fully loaded up to the initial concentration of SO ₂ in the air. A specific loading of the dispersed coal of 0.088 g SO ₂ per gram lignite (based on dry matter) is achieved. The sulfur content of the lignite rises from the absorption of SO ₂ from 0.5% (d) before the separation to 2.3% after the SO ₂ absorption.

Example 2

Die Kornfraktion 0-1 mm von einer auf etwa 0-6 mm vorzer kleinerten Rohbraunkohle wird mit einer Rohrschwingmühle mit Wasser bei einem Rohkohle-Wasser-Masseverhältnis von 1 : 2 bei 100°C auf eine hohe Feinheit ≦ 200 µm gemahlen. Die Kohlesus pension wird in einem Rührreaktor mit SO₂-haltiger Luft (10 000 ppm SO₂) vermischt. Das SO₂ wird vollständig durch Sorptions prozesse aus der Luft abgeschieden. Die Durchbruchskennlinie steigt nach vollständiger Beladung der fein dispergierten Weichbraunkohle steil bis zur Ausgangskonzentration des SO₂ in der Luft an. Es wird eine spezifische Beladung der dispergier ten Kohle von 0,095 g SO₂ je Gramm Braunkohle (bezogen auf Trockensubstanz) erreicht.The grain fraction 0-1 mm from a raw lignite which has been reduced to about 0-6 mm is ground with a tube vibrating mill with water at a raw coal-water mass ratio of 1: 2 at 100 ° C to a high fineness ≦ 200 µm. The Kohlesus pension is mixed with SO ₂ -containing air (10,000 ppm SO ₂ ) in a stirred reactor. The SO ₂ is completely separated from the air by sorption processes. The breakthrough characteristic curve rises steeply after the finely dispersed soft lignite has been fully loaded up to the initial concentration of SO ₂ in the air. A specific loading of the dispersed coal of 0.095 g SO ₂ per gram lignite (based on dry matter) is achieved.

Example 3

Frisches Wiesengras wird in einer Rohrschwingmühle mit Wasser bei einem Gras-Wasser-Masseverhältnis von 1 : 2,5 in eine Sus pension mit 4,6% Trockensubstanz überführt. Die Grassuspen sion wird in einem Rührreaktor mit SO₂-haltiger Luft (10 000 ppm SO₂) kontaktiert. Der Verlauf der Durchbruchskurve ist analog der Beispiele 1 und 2. Es wird eine spezifische Beladung der Graspartikel von 0,072 g SO₂ pro Gramm Trockensubstanz des Grases erreicht.Fresh meadow grass is transferred in a tube vibrating mill with water at a grass: water mass ratio of 1: 2.5 to a suspension with 4.6% dry matter. The grass suspension is contacted in a stirred reactor with SO ₂ -containing air (10,000 ppm SO ₂ ). The course of the breakthrough curve is analogous to Examples 1 and 2. A specific loading of the grass particles of 0.072 g SO ₂ per gram dry matter of the grass is achieved.

Claims

1. Sorbent for gases, consisting of a finely dispersed aqueous suspension of finely ground plant substances, the unripe green that is in the growth phase plants and / or changed by biochemical processes Plant substances and / or changed by carbonization processes Plant substances and / or by extraction and / or chemi chemical decomposition can be modified plant substances.

2. Process for producing a sorbent for gases, characterized in that plant substances that are in the Unripe green plants in the growth phase and / or plants modified by biochemical processes substances and / or plants modified by carbonization processes zenstoffe and / or by extraction and / or chemical Digestion can be modified plant substances in aq intensive environment crushed and thereby in a water Rige suspension are transferred.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that as immature is in the growth phase Green plants fresh grass, green forage plants and / or young unripe cereal plants are used.

4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that it changed with the biochemical processes Plant substances are those caused by the action have been biochemically modified by bacteria and / or fungi.

5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that as phytochemicals changed by carbonization processes Lignite with a high humic acid content and for pulping favorable petrographic components and / or grain fractions of brown coal separated by classification len can be used.

6. The method according to claim 1 and 2, characterized in that as by extraction and / or chemical digestion modified beet pulp leached from plant substances and / or leached sugar cane are used.

7. The method according to claim 2, characterized in that the Plant substances under high pressure, impact and / or shear stress can be crushed.

8. The method according to claim 2, characterized in that the Plant substances warmed before or during wet grinding will.

9. The method according to claim 2, characterized in that the Plant substances with the addition of decomposition aids be shrunk.

10. The method according to claim 2, characterized in that the Suspension by wet screening during or after the wet mah lung is won.

11. The method according to claim 2, characterized in that for the wet grinding vibratory mills or agitator mills used will.