DE2123596A1 - Matte aus Fasermatenal - Google Patents

Matte aus Fasermatenal

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Jay Emanuel Des Piaines IU Sobel (V St A ) P
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Universal Oll Products Co , Des Piaines, 111 (VStA)
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    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

DR ·|Ν°· DIPL.-IK-e-M.se. DIPL..PHVS. DR. DIPL.-PHYS.
HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBAGH- HAECKER
PATENTANWÄLTE IN STUTTGART 21235 96
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11. Mai 1971
Universal Oil Products Company
30 Algonquin Road
Des Piaines, Illinois 60016 / USA
Matte aus Fasermaterial
Die Erfindung betrifft allgemein eine Matte aus Fasermaterial. Im einzelnen ist die Erfindung auf eine Matte aus fasrigem, flexiblem, porösem, feuerfestem, anorganischem Oxid zur Verwendung beim Kontaktieren eines Fließmediumstromes gerichtet. Die Erfindung befaßt sich ferner mit einer besonderen Art einer F1ießmediumkontaktierkammer, bei der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Matte verwendet wird.
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Die Verwendung von Materialien verschiedener Arten, Formen und aus verschieden Stoffen, die sich zur Kontaktierung von Fließmediums tr ömen eignen, sind sowohl bei Klein- als auch bei industriellen Großanwendungen bekannt. Beispiele hierfür sind die Filtration, bei der Fasern verschiedener Arten verwendet werden, um feste Teilchen aus einem Fließmediumstrom auszufiltern, ferner kätalytische Reaktionen, bei denen Materialien in Teilchenform verwendet werden, und zwar als Katalysatorträger oder direkt als Katalysator für verschiedene Arten von katalytischen Reaktionen in Raffinerien usw., ferner verschiedene Siebe, bei denen Materialien unterschiedlicher Formen benutzt werden, um Bestandteile in Fließmediumströmen zu trennen oder zu adsorbieren. Es wird jedoch angenommen, daß die besondere, hier offenbarte Matte und das Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie die besondere Fließmediumkontaktierkammer und außerdem die bevorzugten Materialien zur Bildung dieser Matte neu und erfinderisch sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Matte aus Fasermaterial zu schaffen, das für die Kontaktierung von Fließmedium— strömen geeignet ist.
Es wird ferner ein Verfahren angegeben, um eine solche Matte aus Fasermaterial, herzustellen.
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Die Matte gemäß der Erfindung ist aus einem fasrigen, flexiblen, porösen, feuerfesten, anorganischen Oxid in Form langer Stapelfasern gebildet.
Für die Anwendung bei einem katalytischen Reaktor wird die erfindungsgemäße Matte ebenfalls aus einem flexiblen, fasrigen,
porösen, feuerfesten, anorganischen Oxid von langer Stapelform gebildet.
Eine bevorzugte Form der Matte ist die Ringform. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Mattenform wird angegeben.
Gemäß der Erfindung wird ferner eine Fließmediumkontaktierkammer geschaffen, die eine solche ringförmige Matte aus Fasermaterial enthält, wobei das Fließmediumkontaktmaterial wiederum
aus Fasermaterial von langer Stapelform besteht.
Allgemein gesprochen befaßt sich die Erfindung mit einer rohrförmigen Matte aus Fasermaterial, die geeignet ist, einen Strom zu kontaktieren, wobei diese Matte eine Vielzahl von Lagen aus fasrigem, flexiblem, porösem, feuerfestem, anorganischen Oxidmaterial aufweist, und jede Schicht eine schraubenförmig in
Schlauch- oder Rohrform gewundene Faser aufweist. Bei dieser
sich so ergebenden Ringform kann die Matte auch aufgeschnitten
so
werden,/äaß sie eine flache Form annimmt. In Ringform kann die Matte auch in einer ringförmigen Kammer oder einem Teil einer
solchen Kammer verwendet werden. Wenn auf die einzelnen Lagen
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als rohrförmig hingewiesen wird, so sind hierunter nicht nur kreisförmige Querschnitte zu verstehen, sondern beliebige Querschnitte, beispielsweise ovale Querschnitte, o. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Matte aus Fasermaterial, die geeignet ist, einen Fließmediumstrom zu kontaktieren. Gemäß dem Verfahren wird eine Vielzahl von Faserschichten aus Fasergarn aus flexiblem, porösem, feuerfestem, anorganischem, Oxid schraubenförmig auf einen Dorn aufgewickelt, so daß sich die ringförmige Matte ergibt.
Eine bevorzugte Quelle für Fasern zur Verwendung gemäß der Erfindung besteht in einem Verfahren, bei dem ein Sol aus feuerfestem, anorganischem. Oxid mit einem faserbildenden organischen Polymerisat gemischt wird, die Fasern aus der Mischung herausgezogen oder gesponnen werden, und anschließend der organische Bestandteil ausgebrannt und die Fasern durch Rösten oder Kalzinieren in eine flexible, poröse Form gebracht wird. Die sich so ergebenden Fasergarne.aus anorganischem, feuerfestem Oxid können nun als Filtermediun als Adsorptions- und/oder Absorptionsmedium als Katalysator und/oder als Katalysatorträger verwendetwerden. -
Die kolloidale Lösung aus -feuerfestem, anorganischem Material, wie sie gemäß der Erfindung verwendet wird, schließt wäßrige ' Sole ein, beispielsweise aus Aluminiumoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid, Thoroxid u. dgl., außerdem Mischungen dieser Stoffe, beispielsweise Sole aus Aluminium- und Chromoxid,
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oder aus Aluminium- und Zirkonoxid. Diese Sole schließen auch solche Lösungen mit ein, die sich aus einer Hydrolyse und Konzentrierung wäßriger Lösungen eines oder mehrerer geeigneter Salze ergeben, beispielsweise Zirkonacetat, wodurch eine kolloidale Dispersion gebildet wird, die in der verbleibenden Flüssigkeit stabil ist. Zur Erläuterung wird das Verfahren in Bezug auf die Herstellung von Aluminiumoxidfasern beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren auch zur Herstellung von Fasern anwendbar ist, die andere anorganische Oxide oder Kombinationen derselben auf v/eisen. Das hier erwähnte Aluminiumoxid (Tonerde) kann z. Bo durch Hydrolyse eines geeigneten saueren Aluminiumsalzes, beispielsweise Aluminiumchloride Aluminiumsulfat, Aluminiumnitrat, Aluminiumacetat usw.·, in wäßriger Lösung hergestellt werden. Die Lösung wird dabei unter solchen-Bedingungen behandelt, daß sich eine sauere, anionenarme Lösung (Sol) ergibt. Die Reduktion der Konzentration an saueren Anionen, wie sie durch die Ilydrolysereaktion gebildet werden, kann in bekannter und üblicher Art hergestellt werden. Beispielsweise kann die Anionkonzentration durch Verwendung von Aiominiummetall als Neutralisierungsreagenz reduziert werden» In diesem Fall ist das Salz der Neutralisierung ein Aluminiumsalz, das im endgültigen Soldnsatz der Hydrolyse unterworfen wird. Wenn das" säuere Anion ausreichend flüchtig ist, wie dies manchmal,beispielsweise im Fall von Aluminiumacetat, zutrifft, so kann die gewünschte sauere, anionenarme Lösung (Sol) einfach durch Erwärmen oder Erhitzen erzeugt werden. Ein weiteres Verfahren zur
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Herstellung eines brauchbaren Sols aus Aluminiumoxid, umfaßt die Elektrolyse einer Aluminiumsalzlösung, beispielsweise einer wäßrigen Aiuminiumchloridlösung, in einer elektrolytischen Zelle mit einer porösen Trennwand zwischen Anode und Kathode, wodurch eine anionenarme Salzlösung (Sol) aus dem Kathodenraum gewonnen werden kann.
Vorzugsweise ist das Sol ein Aluminiumchloridsol, das beispielsweise durch Aufschließen aller Pellets oder Klumpen in wäßriger Salzsäure und/oder Aiuminiumchloridlösung gewonnen wird, und zwar üblicherweise etwa bei Rückflußtemperatur. Aluminiumchloridlösungen werden vorzugsweise so hergestellt, daß sie Aluminium in einem Atomgewichtsverhältnis zum Chlor von ungefähr 1:1 bis 2:1 enthalten.
Das faserbildende, organische Polymerisat muß bei Verfaserungsbedingungen im wesentlichen stabil sein. Die löslichen, fäserbildenden, organischen Polymerisate, wie sie hier in Frage kommen, umfassen modifizierte, natürliche Produkte, die als wasserlösliche Abkömmlinge aus natürlich vorkommenden Stoffen gewonnen werden, sowie faserbildende, organische Polymerisate oder Harze. Beispielsweise kann das lösliche/, faserbildende, organische Polymerisat ein Stärkeabkömmling sein, insbesondere Stärkeacetat, Stärkeäther, eine Anionenstärke usw., oder ein löslicher Zelluloseabkömmling, wie Alkyl- und Hydroxyalkylzelluloseabkömmlinge, insbesondere Methyizellulose, Äthylzellulose, Äthylmethyl Zellulose, Hydroxymethylzellulose, Hydroxyäthylmethylzellulose Hydroxypropy!methylZellulose, Äthylhydroxymethylzellulose usw.,
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sowie auch wasserlösliche Abkömmlinge, vorzugsweise Carboxymethylcellulose, Carboxymethylhydroxyäthylzellulose u. dgl. Vorzugsweise ist das lösliche, faserbildende, organische Polymerisat ein synthetisches Erzeugnis, beispielsweise lösliche Polyalkohole, Polyazide (polyacids), Polyamine, Pölyäther . und Polyamide, die von einer Vielzahl von synthetischen Monomeren abgeleitet werden können. Zu erfindungsgemäß brauchbaren, synthetischen, organischen Polymerisaten gehören lösliche Polyvinylalkohole, Polyurethan, Polyacrylsäuresalze, Polyacrylamide, Polyvinylmethyläther, Polyvinylpyrrolidone, Polyäthylenoxide u. dgl. Da das organische Polymersat bei dem Ilerstellungsprozeß der Faser verbraucht wird, ist es wünschenswert, je nach der angestrebten Faserqualität des Endproduktes eine minimale Menge zu verwenden. .
Als Katalysatorträger können die anorganischen, .schwerschmelzbaren Oxidfasern mit einem katalytisch aktiven Metall oder Metalloxiden imprägniert werden. Von besonderem Interesse, sind dabei = solche Katalysatoren, die ein oder mehrere Metalle aus den Gruppen IB, V, VI, VII und VIII enthalten, einschließlich Molybdän, Wolfram, Chrom, Palladiixn, Kupfer, Nickel, Platin, Eisen, Kobalt, Ruthenium, Rhodium., Osmium und Iridium. Unabhängig von den verwendeten besonderen, schwer schmelzbaren oder feuerfesten Materialien und von dem besonderen Verfahren zur ..Herstellung eines solchen Katalysatorträgers, kann die katalytisch wirksame Metallkomponente dem anorganischen, feuerfesten Oxid in jeder •passenden Weise zugefügt werden. . , . . ■_
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Die vorliegende Erfindung vermittelt"auch eine Kammer zur Kontaktierung eines fließfähigen Mediums mit einer Matte aus Fasermaterial·, wobei diese Matte mehrere Lagen aus Fasern von flexibler, poröser anorganischer, schwerschmelzbarer Art aufweist, die schraubenförmig um einen rohrförmigen, perforierten Schirm gewickelt sind. Das Innere des rohrförmigen Schirmes vermittelt dabei eine Mediumverteilerkammer für das Kontaktmaterial. Die Perforationen des Shirmes stellen eine Verbindung ™ von der Verteilungskammer zu dem Fasermaterial her.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiterenErläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Herstellung einer ringförmigen Matte aus Fasermaterial und
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Kontaktkammer mit einer gamäß Fig. 1 hergestellten Matte.
w Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Wickeln einer Matte aus Fasermaterial. Eine Rolle 1 ist mit einem flexiblen, porösen, schwerschmelzbaren Fasergarn 2 aus einem anorganischen Oxid bewickelt. Das Garn wurde auf herkömmliche Weise hergestellt. Es kann sich um eine katalytisch wirksame Faser oder um eine Faser handeln, die als Katalysatorträger geeignet ist
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und die bereits mit dem Katalysator imprägniert ist. Der Einfachheit halber ist die Einrichtung zur Lagerung der Rolle 1 nicht dargestellt. Die Rolle 1 kann weiterhin durch nicht dargestellte Antriebsmittel in Umlauf versetzt werden. Weiterhin kann der Rolle eine Spannungskupplung zugeordnet sein/ um im Fasergarn beim Wickeln die erforderliche Spannung aufrechtzuerhalten. Das Fasergarn 2 -ist durch einen Ring 3 oder ein anderes Führungselement gefädelt. Der Ring 3 wird so angetrieben, daß er sich mit vorbestimmter Geschwindigkeit in den Richtungen 4 und 5 hin- und herbewegt. Ferner ist ein Motor 6 vorgesehen, auf dessen Welle eine Scheibe 7 sitzt. Die Scheibe 7 ist über einen Riemen 9 mit einer Scheibe 8 verbunden, die ihrerseits auf einer Welle 10 befestigt ist. Die Welle 10 ist in Ständern 11 und 12 so gelagert, daß sie zwischen den Ständern drehbar ist. Auf der Welle 10 ist ein Kern oder Dorn 20 befestigt, auf den das Fasergarn 2 aufgewickelt vird. Der Kern 20 kann siändig auf der Welle 10 verbleiben und lediglich als Form dienen, auf die das Fasergarn 2 aufgewickelt wird. Andererseits kann der Kern 20 auch perforiert sein und dann als rohrförmiger, perforierter Siebkörper in einer Kontaktkammer dienen. In Fig. 1 ist ein. Kern ZQ der letzteren Art mit Perforationen 25 dargestellt. Da der perforierte; Kern 20 hohl ist, ist er durch einen Zylinder 2.6 abgestützt t d.er mit der Welle 10 verbunden ist« Um die fertige, ringförmige Matte von der Vorrichtung abnehmen zu können ( kann der link© Teil der Welle 10 mit einer lösbaren Verbindung 27/ verbunden sein« Ferner kann der ständer 12 so eingerichtet sein^ daß er von der Welle 10 abgeschwenkt werden kann. Auf diese Weise kann nach dem Aufwickeln des Fasergarnes auf den abnehmbaren Kern dieser dadurch entfernt werden, daß die Verbindung 27 gelöst und der ständer 12 von der welle 10 abgeschwenkt wird.
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Die Matte wird dadurch hergestellt, daß schraubenförmig mehrere Lagen aus dem Fasergarn 2 auf den Kern aufgewickelt werden, bis eine Matte 30 entsteht. Dies erfolgt dadurch, daß die Welle 10 vom Motor 6 mit vorbestimmter Geschwindigkeit in den Richtungen 4 und 5 hin- und herbewegt wird. Um das Fasergarn bei einer konstanten Spannung zu halten, kann, wie gesagt, an der Lagerung der Rolle 1 eine Spannungskupplung vorgesehen sein. Die Dichte der fertigen Matte läßt sich dadurch einsteuern, daß der Steigungswinkel oder die Ganghöhe zwischen den einzelnen Faserwindungen entsprechend eingestellt wird. Die Matte wird umso dichter, je kleiner die Steigung der Schraube ist. Das beschriebene Herstellungsverfahren ermöglicht es, eine Matte von gleichförmiger und jeweils einstellbarer Dichte herzustellen. In bestimmten Anwendungsfällen und bei bestimmten Fasermaterialien kann ein Bindemittel zusammen mit der Faser benutzt werden, um dazu beizutragen, eine kohärente Matte auszubilden. Die fertige Matte kann mit oder ohne Sieb 20 anschließend aufgeschnitten und flachgelegt werden, so daß sich eine im wesentlichen ebene Matte aus Fasermaterial ergibt. Andererseits kann die' Matte auch in ihrer Ringform belassen und so verwendet werden.
In Fig. 2 ist eine Kontaktkammer für ein fließfähiges Medium dargestellt, beispielsweise eine katalytische Reaktionskammer, die eine Matte 30' aus Fasermaterial enthält. Die Matte 30' besteht aus mehreren Lagen eines fasrigen, flexiblen, porösen, feuerfesten, anorganischen Oxids. Das betreffendeFasergarn ist schraubenförmig um ein rohrförmiges Sieb 20* mitiPerforationen
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25' herumgewickelt. Die Matte 30* ist eine bevorzugte Ausführungsform einer gemäß Fig. 1 hergestellten, ringförmigen Matte mit einem als Sieb verwendeten Kern 20'. Der Innenraum 40 des Siebes 20' bildet eine Verteilungskammer für das betreffende Medium am Kontaktmaterial,wobei die Perforationen 25' eine Verbindung von dieser Verteilungskammer zu den Fasern der Matte 30' herstellen. Die Kammer gemäß Fig. 2 weist ferner ein äußeres rohrförmiges Gehäuse 41 auf, das einen Endverschluß 42 mit öffnung 43 aufweist. Ferner ist ein lösbarer Endverschluß 44 mit einer öffnung 45 vorgesehen, die mit dem Innenraum 40 des Siebes 20' in Verbindung steht. Ein großes, rohrförmiges Sieb 50 mit Löchern 51 ist mit: Hilfe von Stirnplatten 52 mit dem äußeren Gehäuse 41 verbunden. Das Sieb 50 besitzt einen Endverschluß 53 und ist gegenüber dem Gehäuse 41 im Abstand angeordnet, so daß sich eine Verteilungskammer 55 ergibt, die über die Löcher 51 mit dem Fasermaterial in Verbindung steht. Für bestimmte andere Anwendungsfälle kann das Sieb 50 auch entfallen.
Die Matte 30' mit dem Sieb 20' wird in den Innenraum des Schir-. mes 50 eingesetzt. Anschließend wird der Endverschluß 44 angebracht und am äußeren Gehäuse 41 abgedichtet. Auf diese Weise entsteht in verhältnismäßig einfacher Weise eine Kontaktkammer, die die gemäß Fig. 1 hergestellt^ erfindungsgemäße Fasermatte enthält. Gewissermaßen stellt diese Fasermatte in der Anordnung gemäß Fig. 2 eine austauschbare Patrone innerhalb der Kammer dar. Wennbei einer Verwendung der Matte oder Kammer als Filter oder Reaktor das Fasermaterial verschmutzt oder verbraucht 1st, kann
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der Endverschluß 44 entfernt und die Fasermatte zusainmen mit dem Sieb ausgewechselt werden. In Figi 1 ist die Kontaktkammer lediglich schematisch ohne konstruktive Einzelheiten dargestellt. Zur Abdichtung und Befestigung des Endverschlusses 44 am Gehäuse werden Bolzen oder andere Befestigungsmittel verwendet. Die Kammer gemäß Fig. 2 ist in idealer Weise für katalytisch ablaufende Reaktionen geeignet. In diesem Fall dient das Fasermaterial aus anorganischem Oxid als Katalysator oder als Katalysatorträger, wobei im letzteren Fall das Fasermaterial mit einem Katalysator getränkt ist.
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Claims (9)

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1. Ringförmige Matte aus Fasermaterial zur Kontaktierung mit einem fließenden Medium, gekennzeichnet durch mehrere Lagen eines fasrigen, flexiblen, porösen, feuerfesten, anorganischen Oxids, das in jeder Lage in Form eines Fasergarnes (2) schraubenförmig auf eine Rohrform (20) aufgewickelt ist.
2. Matte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial Aluminiumoxid ist.
3. Matte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial Chromaluminiumoxid ist.
4. Matte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial mit einem Katalysator imprägniert ist.
5. Matte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator Platin ist.
6. Matte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator Kupfer ist.
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7. Matte nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlagen um ein rohrförmiges Sieb (20) gewickelt sind.
8. Matte nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem rohrförmigen Sieb (20) angeordnet und in der Weise in eine Kontaktkammer (41) eingebaut ist, daß der Innenraum (40) des Siebes eine Verteilerkammer für ein fließfähiges Medium bildet.,
9. Verfahren zur Herstellung einer Matte nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fasergarn (2) aus flexiblem, porösem, feuerfestem, anorganischem Oxid schraubenförmig in mehrere Lagen auf einen Kern (20) aufgewickelt wird.
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DE19712123596 1970-05-13 1971-05-12 Matte aus Fasermatenal Pending DE2123596A1 (de)

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