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Verfahren zur Oxidation von in der Raumluft enthaltenem Kohlenmonoxid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oxidation von in der Raumluft enthaltenem
Kohlenmonoxid, unter Verwendung einer Mischung eines Kohlenmonoxid-Oxidations-Katalysator
und natürlicher Zeolithe.
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Auf einen der Erfinder zu dieser -Anmeldung gehen in cen deutschen
Patentanmeldungen P 15 41 084.2 und P 16 67 142.4 beschriebene Katalysatoren zurück,
die durch den Einbau von Manganoxid und Kupferoxid in natürliche Zeolithe haupt@@@@@-lich
mit dem Ziel hergestellt wurden, durch Oxidation. das in den Auspuffgasen eines
Kraftfahrzeugverbrennungsmotors enthaltene Kohlenmonoxid in unschädliches Kohlendioxid
u.-zuwandeln. Diese Katalysatoren sind nicht nur zur Behandlung der Auspuffgase
geeignet; sie entwickeln vielmehr auc eine katalytische Wirkung zur Oxidation von
Kohlenmonoxid D2i Umgebungstemperatur. Demgemäß sind sie wirkungsvoll zur Reinigung
der Luft eines Raumes anwendbar, in den ein o1-ofen
betrieben wird
sowie auch zur Luftreinigung im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges oder in einer
Kraftfahrzeuggarage.
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Versuche haben jedoch gezeigt, daß bei einer relativen Luftfeuchtigkeit
von 70 % oder mehr die den erwähnten Katalysatoren zugefügten natürlichen Zeolithe
Feuchtigkeit adsorbierten, und daß bei mit adsorbierter Feuchtigkeit gesättigten
Zeolithen die ausnutzbare Lebendauer der Katalysatoren rasch herabgesetzt wird.
Es wurde gefunden, daß bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 70 %
die Lebensdauer der Katalysatoren m größer ist, je geringer die Luftfeuchtigkeit
war.
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Zur kontinuierlichen Abscheidung von in feuchter Luft oder Automobilabgasen
enthaltenem Kohlenmonoxid mag es deshalb ausreichend sein, eine mit Partikeln ein£'s
geeigneten Trocknungsmittels befüllte Kammer der «atalysatorkammer vorzuordnen und
die Luft, erst nachdem sie durch Durchströmen des Trockungsmittels getrocknet x-crden
ist, durch den Katalysator zu führen. Die sirr die Adsorption von Feuchtigkeit brauchbare
Lebensdauer eines Trockungsmittels ist jedoch wesentlich kürzer als ije aktive Lebensdauer
eines Katalysators des gleichen Getchtes, so daß, wenn das gesättigte TrockungsmitWel
nicht oft ersetzt wird, es unmöglich ist, den Katalysator wIrksam während einer
langen Zeitspanne zu verwenden. ÅvEerdem ist der Ersatz des Trockungsmittels nicht
ur unwirtschaftlich, sondern auch mühsam und zeitraubend.
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Ziel der Erfindung ist es deshalb, die WIrJsamkeit und Lebensdauer
des Oxidations-Katalysators dadurch zu vergrößern, daß die erwähnte verfrühte Verschlechterung
des Trocknungsmittels verhütet wird, wodurch die mit dem häufigen Austausch des
Trocknungsmittels verbundene Mühe erspart wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß derart vorgegangen,
daß einer mit Partikeln der Mischung des Kohlenmonoxid-Oxidations-Katalysators und
natürlicher Zeolithe befüllten Kammer jeweils eine Entfeuchtungskammer vor-und nachgeordnet
ist, die mit Partikeln eines Feuchtigkeit adsorbierenden und durch Einwirkung eines
trockenen Gasstromes desorbierbaren Trocknungsmittels befüllt ist, und daß ein Kohlenmonoxid,
Feuchtigkeit und Sauerstoff enthaltendes Gas aufeinanderfolgend durch diese drei
aneinandergereihten Behälter zunächst während einer bestimmten Zeitspanne in der
einen Richtung und sodann während einer ähnlichen Zeitspanne in der anderen Richtung
hindurchgeleitet wird und diese Gasströmung fortwährend und aufeinanderfolgend unter
Aufrechterhaltung einer hohen Katalysatorwirkung wiederholt wird.
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In der Zeichnung ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
veranschaulicht. Die Figuren zeigen: Fig. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
arbeitende Einrichtung in schematischer Darstellung, im Querschnitt, Fig. 2 eine
Einrichtung entsprechend Fig. 1 in einer anderen Ausführungsform und Fig. 3 eine
weitere Einrichtung gemäß Fig. 1 in einer dritten Ausführungsform.
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Das neue Verfahren soll zunächst anhand der Fig. 1 beschrieben werden.
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Kohlenmonoxid enthaltende Luft von Umgebungstemperatur und mit einer
relativen Feuchtigkeit von etwa 70 % wird durch ein Einlaßrohr 1 zugeführt, von
dem aus sie in der Richtung der mit ausgezogenen Linien dargestellten Pfeile durch
ein
Vierwegeventil 2 strömt. Die Luft streicht sodann durch eine
erste Trocknungskammer 3, die mit Partikeln eines Trocknungsmittels 4 befüllt ist,
welches durch Einwirkung von trockenen Gasströmen regeneriert werden kann. Sodann
gelangt die Luft durch eine mit Partikeln eines mit natürlichen Zeolithen vermischten
Oxidationskatalysators 6 befüllte Oxidationskammer 5, worauf sie eine zweite Trocknungskammer
7 durchströmt, die mit dem gleichen Trocknungsmittel 8 -befüllt ist. Die Durchströmung
der drei Kammern erfolgt in der angegebenen Reihebte. Anschließend strömt die Luft
in der Richtung des in die Fig. eingetragenen Pfeiles zu delll Vicrwceventil 2 zurück,
von wo aus sie durch ein Auslaßrohr 9 in Pfeilrichtung abströmt.
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Verfahrensgemäß wird die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit von dem
ersten Trocknungsmittel 4 adsorbiert, so daß beim Durchgang der getrockneten Luft
durch den Katalysator 6 das in der Luft enthaltene Kohlenmonoxid einwandfrei zu
Kohlendioxid oxidiert wird. Beim Durchgang der das Kohlendioxid enthaltenden getrockneten
Luft durch das zweite Trocknungsmittel 8 desorbiert sie die an dem zweiten Trocknungsmittel
8 adsorbierte Feuchtigkeit. Sowie das erste Trocknungsmittel 4 mit adsorbierter
Feuchtigkeit gesättigt ist, kann es nicht mehr weiter in der zugeführten Luft enthaltenen
Feuchtigkeit adsorbieren, so daß die Wirksamkeit des Katalysators 6 durch nichtadsorbierte
Feuchtigkeit beeinträchtigt wird. Um dies auszuschließen, wird die Luft vor der
vollständigen Sättigung des ersten Trocknungsmittels 4 in der umgekehrten Richtung
zu der vorherigen Strömungsrichtung, wie dies durch die gestrichelten Linien in
Fig.
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1 angedeutet ist, durch die zweite Trocknungskammer 7, die Oxidationskammer
5 und die erste Trocknungskammer 3 in dieser Reihenfolge hindurchgeführt, was durch
entsprechende Umschaltung des Vierwegeventiles 2 zustande gebracht wird.
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Anschließend wird die aus dem Katalysatorsystem austretende Luft durch
das Auslaßrohr 9 strömen lassen. Die ven der zweiten Trocknungskammer 7 in den Katalysator
6 einströmende Luft wurde bereits während des Durchganges durch das zweite Trocknungsmittel
8 getrocknet, so daß beim Durchgang der getrockneten Luft durch das erste Trocknungsmittel
4 nach der durch den Katalysator 6 bewirkten Oxidation des CO zu C02 die getrocknete
Luft die an dem ersten Trocknungsmittel 4 adsorbierte Feuchtigkeit desorbiert.
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Bevor das zweite Trocknungsmittel 8 voll mit adsorbierter Feuchtigkeit
gesättigt ist, wird die Lufedurchgangsrichtung wiederum umgekehrt. Die Wiederholung
dieser Strömungsumkehr gestattet es, zu erreichen, daß der Katalysator 6 immer trocken
gehalten wird und damit während einer längen Zeitspanne seine ausnutzbare Lebensdauer
behält.
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Regenerierbare Trocknungsmittel sind u. a. Silikagel, aktives Aluminiumoxid
und Zeolithe. Bei allen diesen Trocknungsmitteln kann die adsorbierte Feuchtigkeit
in der Weise leicht desorbiert werden, daß die Trocknungsmittel strömender trockener
Luft ausgesetzt werden. Insbesondere mit Kobaltionen imprägniertes Silikagel weist
im nicht vollständig mit Feuchtigkeit gesättigtem Zustand eine blaue Farbe auf,
während es im vollständig gesättigten Zustand leicht rosa ist. Dies gestattet es
in einfacher Weise, den Zeitpunkt festzustellen, zu dem die das Trocknungsmittel
durchstreichende Luftströmung umgekehrt werden muß. Die Oxidation von Kohlenmonoxid
zu Kohlendioxid ist eine exotherme Reaktion, so daß die eine bestimmte Menge Kohlenmonoxid
enthaltende Luft beim Durchströmen der Katalysatorkammer eine geringe Temperaturerhöhung
erfährt. Beim Eintritt dieser warmen Luft in die nachfolgende Trocknungskammer wird
das darin eingepackte Trocknungsmittel erwärmt, wodurch die Desorption der dort
adsorbierten Feuchtigkeit erleichtert wird.
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Wenn die zugeführte Luft voraussichtlich geringe Anteile von Kohlenmonoxid
enthält, kann es zweckmäßig sein, heiztnittel 10, 11 gemäß Fig. 2,etwa in Gestalt
eines elektrischen Heizelementes, zwischen der ersten Trocknungskammer 3 und der
Katalysatorkammer 5 sowie zwischen der Katalysatorkammer 5 und der zweiten Trocknungskammer
7 vorzusehen, um auf diese Weise die Erwärmung des Katalysators 6 von außen her
wirksam zu unterstützen. Umgekehrt, wenn die zu behandelnde Luft beträchtliche Anteile
Kohlenmonou.id enthält, ist es möglich, eine Überhitzung des Katalysators 6 dadurch
zu vermeiden, daß Kühlmittel, etwa in Gestalt eines Kühlwasserrohres,anstelle der
Heizmittel 10, 11 vorgesehen werden.
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Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung enthält vier Umschaltventile
V1, V2, V3 und V4 anstelle des Vierwegeventiles 2 der Fig. 1. Wenn die Ventile V1,
V4 geöffnet und die anderen Ventile V2, V3 geschlossen sInd, strömt die durch ein
Einlaßrohr 1 zugeführte Luft in der Richtung der eingetragenen Pfeile; sie strömt
von dem Katalysatorsystem durch ein Auslaßrohr 9 ab. Umgekehrt, wenn die Ventile
V1, V4 geschlossen und die anderen Ventile V , V3 geöffnet sind, durchströmt die
Luft in der umgekehrten Richtung wie vorher die Trocknungskammern und die Katalysatorkammer,
bis sie in entsprechender Weise durch das Auslaßrohr 9 aus dem System abströmt.
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Eine andere Abwandlung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist in
Fig. 3 veranschaulicht. Hierbei sind die erste Trocknungskammer 3, die Katalysatorkammer-5
und die zweite Trocknungskammer 7 der Fig. 1 unter Ausbildung eines ein heitlichen
Systems in einer Katalysatorkammer 50 enthalten, die mit Partikeln des Oxidationskatalysators
in einer die normal verwendete Katalysatormenge mehr als dreimal übersteigenden
Menge befüllt ist. Wie früher beschrieben, ist
dieser Oxidationskatalysator
mit natürlichen Zeolithen vermicIiL, so daß er selbst Feuchtigkeit ausorbiercn oder
desorbicren kann. Wenn nun'die Feuchtigkeit und Kohlenmonoxid enthaltende Luft durch
die Katalysatorkammer 50 in der Richtung der eingetragenen Pfeile strömt, üben die
oberen und unteren Bereiche 54, 58 des Katalysators 51 jeweils eine der ersten und
der zweiten Trockenkammer 4 bzw. 8 der Fig. 1 entsprechende Wirkung aus, während
der mittlere Bereich 56 des Katalysators 51 die Haupt- -~ katalysationswirkung erfüllt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird nicht nur der Aufbau der gesamten
Linrichtung vereinfacht; vielmehr adsorbieren und desorbieren die Bereiche 54, 58
des Katalysators 51 als Trocknungsmittel Feuchtigkeit, wobei sie zusätzlich eine
katalytische Wirkung entfalten, so daß der Katalysator 51 im ganzen eine erhöhte
wirksamkeit und eine längere Lebensdauer aufweist.
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Die vorstehende Beschreibung soll keine Beschränkung der durch die
Patentansprüche definierten Erfindung darstellen.
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Ausführungsbeispiel 1 Es sind drei unmittelbar längsweise gemäß Fig.
1 aneinandergereihte Zylinder von 5 cm Durchmesser und 10 cm Länge mit jeweils einer
gasdurchlässigen Trennwand vorgesehen. Der mittlere Zylinder wurde mit einem Katalysator.
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befüllt, der durch Einbringen von Manganoxid und Rupferoxid in feingepulverte
natürliche Zeolithe und nachfolgende Pelletierung der Mischung hergestellt worden
war. Der obere und der untere Zylinder wurden mit einem Trocknungsmittel aus Silikagel
befüllt.
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Durch diese drei Zylinder wurde zuerst in der einen Richtung 0,1 Kohlenmonoxid
enthaltende und mit Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 20°C gesättigte Luft in
einer Menge von 15 ltr./min. hindurchgeführt, worauf die Luftströmungsrichtung alle
10 Minuten umgekehrt wurde. Der Kohlenmonoxidgehalt in der abströmenden Luft wurde
auf 0,002 % reduziert. Obwohl der Katalysator vom Beginn an während 1000 Betriebsstunden
für die Behandlung der erwähnten Luft betrieben wurde, blieb der Wert von 0,002
% unverändert. Die Temperatur des Katalysators wurde auf etwa 1000C durch die Reaktionswärme
gehalten.
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Vergleichsweise wurde die erwähnte Luft kontinuierlich lediglich in
einer Richtung durch einen einzigen Katalysatorzylinder hindurchgeführt, ohne Trockenkammern
vorzusehen.
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Während der Kohlenmonoxidgehalt in der abströmenden Luft während 30
Minuten vom Beginn an auf 0,002 % reduziert werden konnte, kehrte er nach einer
Stunde auf 0,1 % zurück, woraus hervorgeht, daß der Katalysator seine Wirksamkeit
vollständig verloren hatte.
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Ausführungsbeispiel 2 Ein Zylinder von 5 cm Durchmesser und 30 cm
Länge wurde mit den gleichen Katalysatorpartikeln, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel
1 verwendet worden waren, befüllt. Durch diese Katalysatorkammer wurde die gleiche
Luft wie im Ausführungsbeispiel 1 in einer Menge von 15 ltr./min. hindurchgeleitet,
wobei die Strömungsrichtung alle 10 Minuten umgekehrt wurde. Während einer Dauerbetriebsperiode
von mehr als 1000 Stunden wurde der Kohlenmonoxidgehalt in der abströmenden Luft
konstant auf 0,001 % gehalten. Die Temperatur des Katalysators wurde durch die Reaktionswärme
auf etwa 1000C gehalten.
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Vergleichsweise wurde die Luft lediglich in einer Richtung durch die
Katalysatorkammer strömen lassen. In diesem Falle
wurde der Kohlenmonoxidgehalt-bis
30 Minuten nach Beginn auf 0,001 % abgesenkt, während zwei Stunden später der Kohlenmonoxidgehalt
wieder auf 0,1 % zurückkehrte, woraus hervorgeht, daß der Katalysator unwirksam
geworden war.