DE19925646C2

DE19925646C2 - Verwendung eines Stoffgemisches zur Desinfektion von Wasser und zur pH-Wert-Absenkung und Verfahren zur Kühlung

Info

Publication number: DE19925646C2
Application number: DE1999125646
Authority: DE
Inventors: Eberhard Wistuba; Michael Zink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2001-12-20
Anticipated expiration: 2019-06-05
Also published as: DE19925646A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Stoffgemisches zur Erzeugung eines Gasdruckes nach Patent 198 03 552, bestehend aus einem adsorbierenden, hochporöse Strukturen aufweisenden anorganischen und/oder organischen Material, und daran adsorbierten, Chlor bzw. Kohlendioxid zur. Desinfektion von Wasser bzw. als pH-Wert-Senker.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kühlung, wobei aus einem Stoffgemisch nach Patent 198 03 552, das aus einem adsorbierenden, hochporöse Strukturen aufweisenden Material und daran adsorbiertem Gas oder Gasgemisch besteht, mittels einer Flüssigkeit Gase verdampft werden.

Aus DE 198 03 552 C2 ist es bekannt, Stoffgemische, die aus einem adsorbierenden Material und daran adsorbiertem Gas oder Gasgemisch bestehen, zum Aufblasen von Rettungswesten, zur Erzeugung von Wärme und zum Kochen zu verwenden. Aus DE 697 00 881 T2, FR 2719367 und EP 0523849 A1 sind Verfahren zum Kühlen bekannt, bei denen Stoffgemische die mit Gasen, z. B. mit Kohlensäure oder Ammoniak beladene Adsorptionsmittel, z. B. Zeolithe oder Aktivkohle umfassen, als Kühlmittel verwendet werden. Die Kühlung wird hier aufgrund der Desorption der Gase durch Entspannung erreicht.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, neue Verwendungsmöglichkeiten für das aus der DE 198 03 552 C2 bekannte Stoffgemisch zu erschließen und ein neues Verfahren zur Kühlung bereit zu stellen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der Patentansprüche eins bis drei.

Die adsorbierenden, hochporösen Materialien sind insbesondere Kieselgur (Diatomit), Lavakies (Perlite, auf Aluminiumsilikat-Basis), Filterasbest (mikroporöses silikatisches Material), Zellulose oder Mischungen aus diesen.

Für das Verfahren zum Kühlen wird ein chemisch und thermisch stabiles Gas oder Gasgemisch, das unbrennbar, nicht explosiv und nicht korrosiv ist, insbesondere ein Kältemittel auf Fluorkohlenwasserstoffbasis oder ein Gas oder Gasgemisch, das die nicht fluorierten Kohlenwasserstoffe n-Butan, Isobutan, Propen oder schwefelhaltige Kohlenwasserstoffe, Schwefelwasserstoffe, Ammoniak, Kohlendioxid und/oder Chlor umfaßt, verwendet.

Als Flüssigkeit zur Verdampfung der adsorbierten Gase werden dabei Wasser, insbesondere Seewasser, eine Mischung von Wasser und Alkohol, Alkylbenzolölen, Polyalkylenglykole oder Kohlenwasserstoffe, insbesondere Benzin oder Diesel, verwendet.

Die Stoffgemische werden hergestellt, indem die einzelnen Komponenten in Kontakt als zueinander gebracht werden, weiter im Text als "dotiert" bezeichnet. Die Dotierung erfolgt je nach gewünschtem Gasdruck, der sich durch Mischung des Stoffgemisches mit der Flüssigkeit oder den Flüssigkeiten, in Abhängigkeit von Temperatur und Volumen des damit zu bedienenden Volumens einstellen soll. Auch kann die Dotierung je nach gewünschter Gas(gemisch)art nach Mischung des Stoffgemisches mit einer Flüssigkeit oder Flüssigkeiten im jeweiligen Volumen mit unterschiedlichen Gasen oder Gasgemischen erfolgen. Je niedriger die Verdampfungstemperatur eines Gases liegt, desto schlechter wird es im Vergleich zu Gasen mit höheren Verdampfungstemperaturen adsorbiert.

Dabei kann der Dotierungsvorgang sowohl von den jeweiligen Mengen der Einzelkomponenten als auch im Temperaturbereich, in der Dotierungsdauer und im Dotierungsdrücks beliebig variiert werden.

Die Erfindung soll in nachfolgenden Beispielen erläutert werden:

Beispiel 1

Das Stoffgemisch wird wie folgt hergestellt: 100 g Pulver-Aktivkohle mit einer Jodadsorptionskapazität von 700 mg/g Jod, einer Restfeuchte von 2 Gewichts-%, einem Ascheanteil von kleiner 7% und einer Korngröße zwischen 10 und 150 µm auf Steinkohlebasis wird mit dem Kältemittel R 134a (CH2FCF3) dotiert. Dabei beträgt der Dotierdruck 1 bar absolut, die Dotiertemperatur 293 Kelvin und die Dotierzeit 3600 Sekunden. Das Kältemittel verdrängt dabei die in den Poren vorhandene Luft zum größten Teil und wird von der Pulver-Aktivkohle adsorbiert. Obwohl der Siedepunkt dieses Kältemittel bei 247 K (ca. -26°C) liegt, muß aufgrund des jetzt festgestellten Gewichts der dotierten Pulver-Aktivkohle von 148 g das Kältemittel zum größten Teil in den Poren kondensiert sein, was durch die während der Dotierung aufgetretene positive Wärmetönung (Kondensationswärme) bestätigt wird.

Auch ließe sich, beim gegebenen Porenvolumen der 100 g Pulver-Aktivkohle, rein theoretisch nur ca. 4 g R 134a gasförmig, bei 1 bar Absolutdruck und 293 K Temperatur, in diesem Volumen auffinden. Dies bedeutet, daß in den engen Poren eine Dampfdruckerniedrigung aufgrund erhöhter Anziehungskräfte oder Adsorptionskräfte auf die zu adsorbierenden Moleküle, und somit trotz des hohen Temperaturniveaus bereits Kondensation auftritt. Der tatsächliche Druck in den Poren liegt demnach weit über 1 bar.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil zeigte sich darin, vor der Dotierung der Pulver- Aktivkohle diese zu evakuieren, da die Dotierung wesentlich schneller vonstatten geht. Es zeigte sich als zweckmäßig, mittels einer Vakuumpumpe einen Absolutdruck von etwa 2000 Pa (20 mbar) zum Evakuieren der Pulver-Aktivkohle über 10 Minuten in einem dafür geeigneten Gefäß aufrecht zu halten. In dieser Zeit ist das Porensystem der Pulver-Aktivkohle fast vollständig entleert. Die Dotierung der Pulver-Aktivkohle erfolgt beim gleichen Dotierdruck (1 bar Absolut) mit der gleichen Effektivität innerhalb von 300 Sekunden.

Soll ein zu schnelles Desorbieren des adsorbierten Gases verhindert werden, kann das Dotieren nach der Evakuierung auf beliebigen Druckniveaus erfolgen. So sollte das Stoffgemisch in diesem Beispiel, wenn es in der Luftfahrt verwendet werden soll, bei einem Absolutdruckniveau von 200-800 mbar mit Gas dotiert werden um so zu verhindern, daß bei niedrigem Kabinendruck in hohen Flughöhen, das Gas desorbiert wird. Wird die Pulver-Aktivkohle mit R 134a beispielsweise bei einem Druckniveau von 500 mbar absolut dotiert, ist die Beladung an sich auch nicht wesentlich geringer, und liegt bei immerhin 40 g R 134a bei 100 g der o. g. Pulver- Aktivkohle (Beladung etwa 40%).

Weiter haben sich als gut adsorbierbare Gase, die ab einer Mindestbeladung von 10 Gewichtsprozent so bezeichnet werden, insbesondere die sogenannten Sicherheitskältemittel geringer Toxizität wie die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Hydrofluorchlorkohlenwasserstoffe (H-FCKW), Teilfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW), Perfluorkohlenwasserstoffe (FKW), Bromierte FCKW ergeben. Zu beachten ist, daß chlorierte und/oder Bromierte Fluor- Kohlenwasserstoffe aufgrund Ihres Ozonabbaupotentials (ODP ozone depletion potential) zukünftig nicht mehr eingesetzt werden dürfen oder sollten, obwohl diese sehr gut geeignet sind.

In diesem Sinne sind die folgenden Kältemittel zu bevorzugen:
R 125 (HFC-125) HFC-32 (Methan-Difluoro) HFC 23 (Methan-Trifluoro) und Ethan.

In besonderen Anwendungen können allerdings auch:
Chloroform, Bromoform, Chlor und Ammoniak.
verwendet werden

Es ist zweckmäßig, ein Additiv nach Anspruch 4 in Verbindung mit dem Wasser zu verwenden, vorteilhaft ist auch eine reine Zugabe des Additivs, da die Desorption, schneller vonstatten geht.

So hat sich ergeben, daß zum Aufbau eines bestimmten Drucks bei Zugabe von reinem, destillierten Wasser und bei gleichen Testbedingungen und Zugabe einer 5% Alkohol-Wassermischung (95 Gew.-% Wasser + 5 Gew.-% Alkohol) die Zeit halbiert wurde. Diese Mischung ist nicht brennbar. Ebenso vorteilhaft wirkt sich die Zugabe einer Wasser/Benzin- oder Wasser/Diesel Mischung (95 Gew.-% Wasser + 5 Gew.-% (Benzin Super bleifrei oder Diesel)) aus.

Zweckmäßig erweist sich eine gegen das adsorbierte Gas beständige und diffusionsdichte Einhausung des Stoffgemisches. Es wird dann anfangs in diese Einhausung etwas Gas zum Konzentrationsausgleich aus der Pulver-Aktivkohle austreten, also desorbiert werden. Diese Gasmenge ist jedoch sehr gering. So ist selbst bei Langzeittests (3 Monate Laufzeit) mit nach Beispiel 1 dotierter Pulver- Aktivkohle bei einem außen an einer Umhausung (1 Liter Gesamtvolumen) anstehenden Absolutdruck von 950 mbar und einer konstant hochgehaltenen Umgebungstemperatur von 293 K kaum ein merklicher Anstieg des Druckes in der getesteten, hier verwendeten Hart-PVC-Umhausung festzustellen gewesen. Zum Beginn und zum Ende der Testreihe lag der Druck in der Umhausung bei 950 mbar. Da auch kein Gewichtsverlust aufgetreten ist, kann in diesem Beispiel die PVC- Umhausung als diffusionsdicht gegenüber R 134a betrachtet werden. Die demnach in die Umhausung entweichenden Gasmengen sind, wie bereits die konstanten Druckverhältnisse bereits annehmen lassen, sehr gering. Es findet prinzipiell nur ein Konzentrationsausgleich mit der in der Umhausung befindlichen Luft und dem Gas der beladenen Aktivkohle oder anderen adsorbierenden Stoffen statt.

So ist bei Chlor und anderen Gasen die desorbierte Menge des jeweiligen Gases in der Umhausung sehr gering. Wird allerdings keine druck- und diffusionsdichte Umhausung zur Lagerung des Stoffes verwendet, so ist bei allen eingesetzten Gasen eine Desorption dieser über einen längeren Zeitraum zu beobachten.

Beispiel 2

Das Stoffgemisch wird wie folgt hergestellt: 200 g Korn-Aktivkohle mit einer Jodadsorptionskapazität von 600 mg/g Jod, einer Restfeuchte von 2 Gewichts-%, einem Ascheanteil von kleiner 8% und einer Korngröße zwischen 1 und 3 mm auf Torfbasis wird mit dem Kältemittel R 134a (CH2FCF3) dotiert. Dabei beträgt der Dotierdruck 1 bar absolut, die Dotiertemperatur 293 Kelvin und die Dotierzeit auch 3600 s. Auch hier ist eine Beladung dieser Korn-Aktivkohle von über 30% problemlos möglich. Auch Formaktivkohlen, hergestellt durch Verpressen von Aktivkohle-Pulver/Abrieb/Staub zumeist in zylindrische Form mit Bindemittel und zum Teil wieder Reaktivierung, zeigen ähnlich gute Adsorptionseigenschaften bei allen o. g. Gasen oder Gasgemischen

Beispiel 3

Das Stoffgemisch wird wie folgt hergestellt: 200 g Kieselgur (Diatomit) mit einer Permeabiltät von 5-8 Darcy, und einem Siebrückstand 80 µm <= 40 Gewichtsprozent wird mit dem Kältemittel R 134a (CH2FCF3) dotiert.

Auch hier läßt sich wie in den o. g. Beispielen bei gleichen Dotierbedingungen über 5% R 134a adsorbieren. Die Adsorptionseigenschaften bezüglich der anderen Gase ist ähnlich, liegt aber unter denen der Aktivkohle.

Beispiel 4

Das Stoffgemisch wird wie folgt hergestellt: 200 g Perlit mit einer Permeabiltät von 4,2-4,4 Darcy, und einem Siebrückstand 100 µm <= 24 Gewichtsprozent wird mit dem Kältemittel R 134a (CH2FCF3) dotiert.

Hier läßt sich wie in den o. g. Beispielen bei gleichen Dotierbedingungen über 2% R 134a adsorbieren. Die Adsorptionseigenschaften bezüglich der anderen Gase ist ähnlich liegt aber auch hier unter denen der Aktivkohle.

Das gleiche gilt für getestete Cellulose (Permeabilität 2,1-3,6 DARCY), wo die Adsorptionsleistung gegenüber R 134a zwischen 1 und 2% liegt. Hinsichtlich der anderen Gase gilt das gleiche wie für Beispiel 3 und 4.

Beispiel 5

Das Stoffgemisch wird wie folgt hergestellt: 100 g Pulver-Aktivkohle mit einer Jodadsorptionskapazität von 700 mg/g Jod, einer Restfeuchte von 2 Gewichts-%, einem Ascheanteil von kleiner 7% und einer Korngröße zwischen 10 und 100 µm auf Torfbasis wird mit dem Desinfektionsmittel Chlor (Cl2) dotiert. Dabei beträgt der Dotierdruck 1 bar absolut, die Dotiertemperatur 293 Kelvin und die Dotierzeit 3600 Sekunden. Bei diesen thermodynamischen Randparametern ist Chlor gasförmig. Das Desinfektionsmittel Chlorgas verdrängt dabei die in den Poren vorhandene Luft zum größten Teil und wird von der Pulver-Aktivkohle adsorbiert. Obwohl der Siedepunkt von Chlorgas bei 1 bar Absolutdruck (-34°C) weit unter der Dotier- und somit der Temperatur der adsorbierenden Aktivkohle liegt, wird auch hier aufgrund des jetzt festgestellten Gewichts der dotierten Pulver-Aktivkohle von 120 g das Chlorgas zum größten Teil in den Poren kondensiert sein, was durch die während der Dotierung aufgetretene positive Wärmetönung (Kondensationswärme) bestätigt wird.

Dieses Stoffgemisch wird als Desinfektionsmittel verwendet. Dazu wird das Stoffgemisch ins zu desinfizierende Wasser, insbesondere Badebecken- oder Trinkwasser oder Abwasser gegeben, das in die Poren eindringende Wasser verdrängt das Chlor, dieses tritt aus und kann das Wasser direkt desinfizieren. Die Anwendung selbst ist wesentlich ungefährlicher als beispielsweise bei den sonst üblichen Lieferformen in Chlorflaschen oder Chlorfässern. Um beispielsweise eine handelsübliche Chlorflasche mit 65 kg Chlorinhalt substituieren zu können, wären lediglich 390 kg des erfinderischen Stoffgemisches notwendig (326 kg Aktivkohle und 65 kg Chlor). Speziell für kleinere Anwendungen, wo täglich unter 1 kg Chlor benötigt wird, ist dies von Vorteil, entfallen so die notwendigen Sicherheitseinrichtungen wie diese bei Chlorgaslager- und Dosierräumen notwendig sind. Je nach Anwendung und Betreiberwunsch kann statt Pulver-Aktivkohle auch Kornaktivkohle oder Formaktivkohle oder Diathomit oder Perlit oder auch beliebige Mischungen der adsorbierenden Stoffe eingesetzt werden.

Beispiel 6

Das Stoffgemisch wird wie folgt hergestellt: 100 g Pulver-Aktivkohle mit einer Jodadsorptionskapazität von 700 mg/g Jod, einer Restfeuchte von 2 Gewichts-%, einem Ascheanteil von kleiner 7% und einer Korngröße zwischen 10 und 100 µm auf Torfbasis wird mit Kohlensäure (CO2, Kohlendioxid) dotiert. Dabei beträgt der Dotierdruck 0,5 bar absolut, die Dotiertemperatur 293 Kelvin und die Dotierzeit 3600 Sekunden.

Die Kohlensäure verdrängt dabei die in den Poren vorhandene Luft zum größten Teil und wird von der Pulver-Aktivkohle adsorbiert. Dieses Stoffgemisch wird als pH- Wert-Senker (Säure) eingesetzt werden oder in dieser Konfiguration zum Absenken des pH-Werts einer aus Aktivkohle anzusetzenden Suspension eingesetzt werden. Dazu wird das Stoffgemisch ins zu behandelnde Wasser, insbesondere Badebecken- oder Trinkwasser oder Abwasser gegeben, das in die Poren eindringende Wasser verdrängt die Säure, diese tritt aus und kann den pH-Wert des Wasser verändern.

Beispiel 7

Das Stoffgemisch wird wie im Beispiel 1 hergestellt und eine Menge von 290 g (ca. 90 g R 134a) in einem PVC-Behältnis mit 2 Liter Inhalt gelagert. Jetzt gibt man eine Menge von 250 ml Wasser zu, das R 143a gast langsam aus, das Stoffgemisch und die PVC-Umhausung kühlen sich schlagartig ab, da dem zugegebenen Wasser und dem PVC-Gehäuse und der im Behälter befindlichen Luft die zur Verdampfung notwendige Verdampfungsenergie von R 134a entzogen wird. R 134a hat eine spezifische Verdampfungsenthalpie von ca. 217 KJ/kg am Siedepunkt, so daß eine Kälteleistung von ca. 19,5 KJ zur Verfügung stehen wird. Diese Kälteleistung ist ausreichend, 0,5 l Wasser um ca. 9 K zu kühlen.

Claims

1. Verwendung eines Stoffgemisches zur Erzeugung eines Gasdruckes nach Patent 198 03 552, bestehend aus einem adsorbierenden, hochporöse Strukturen aufweisenden Material und daran adsorbiertem Chlor zur Desinfektion von Wasser, insbesondere von Trinkwasser, Schwimmbeckenwasser und Abwasser.

2. Verwendung eines Stoffgemisches zur Erzeugung eines Gasdruckes nach Patent 198 03 552, bestehend aus einem adsorbierenden, hochporöse Strukturen aufweisenden Material und daran adsorbiertem Kohlendioxid als pH-Wert-Senker.

3. Verfahren zum Kühlen, wobei aus einem Stoffgemisch nach Patent 198 03 552, das aus einem adsorbierenden, hochporöse Strukturen aufweisenden Material und daran adsorbiertem Gas oder Gasgemisch besteht, mittels einer Flüssigkeit Gase verdampft werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Flüssigkeit Wasser, insbesondere Seewasser, eine Mischung von Wasser und Alkohol, Alkylbenzolölen, Polyalkylenglykole oder Kohlenwasserstoffe, insbesondere Benzin oder Diesel, verwendet werden.