DE2317354A1

DE2317354A1 - Gasfiltermedium

Info

Publication number: DE2317354A1
Application number: DE19732317354
Authority: DE
Inventors: Ruediger Schwan
Original assignee: FILZFABRIK FULDA GmbH
Current assignee: FILZFABRIK FULDA GmbH
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1974-10-17
Also published as: NL7404787A; IT1009423B; FR2224192A1; FR2224192B1; CH564963A5; GB1459590A; DE2317354C3; DE2317354B2; AT357991B; ATA150274A

Description

ⁿGasf ilfcermediuin"

Die Erfindung betrifft ein Gasfiltermedium aus porösem Material,

Mit Hilfe eine3 derartigen Gasfiltermediums werden Feststoffe und Tröpfchen insbesondere aus industriellen Trägergasen abgeschieden.

Es gibt verschiedene poröse Materialien, insbesondere auch solche in Form von Fasern mit guter Filterwirkung. Die poröse bzw. faserige Struktur dieser Materialien ist so beschaffen, daß Staub- oder Flüssigkeitsteilchen, die in einem das Flächengebilde durchströmenden Gas enthalten sind, von den festen Teilen des Filtermaterials aufgrund von. Trägheitskräften bei Strömungsumlenkungen oder Diffusions-, Sieb-, Haft-, Anziehungs- und/oder elektrostatischen Kräften gehalten werden.

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Einen besonderenEinfluß'auf die Filterwirkung hat die elektrostatische Aufladung des porösen oder faserigen Materials, die im Inneren des Filtermaterials in-homogene elektrische Felder erzeugt, durch welche geladene oder ungeladene Staubteilchen zur'.Abscheidung an der wirksamen Qberf lache des 'Filtermaterials gebracht und durch Haftkräfte festgehalten werden. Derartige Aufladungen von Filtermaterialien können sehr hoch ' und haltbar sein. '. Unerwünscht hohe, elektrische Ladungen können beispielsweise durch Reibung des Staubes an Förderleitungen, durch mechanische Abreinigung des'Filtermediums oder beim Strömungsprozeß selbst, durch hohen elektrischen Widerstand und geringe Feuchtigkeitsaufnahme des Filtermediums, durch hohen spezifischen Widerstand des- Staubes und durch Aufladen des Staubes bei vorausgegangenen Prozessen, wie Mahlen oder Feinzerkleinerung,.entstehen.

Es sind bereits verschiedene Präparationsmittel bekannt, um diese unerwünschte elektrische Aufladung im Entstehen zu verhindern.

So ist beispielsweise versucht worden, durch Ablagerung polar aufgebauter Substanzen um die filternde Oberfläche eine Sphäre hoher Bielektrizitätskonstante zu ,schaffen. Derartige Substanzen haften fast ausschließlich nur aufgrund von Restvalenzkräften auf der filternden Oberfläche. Die Beständigkeit ihrer Wirkung ist daher nicht sehr groß. Sie besitzen keinerlei -Naßechtheit, da sie in wässrigem Medium von der Oberfläche entweder in das Substratinnere oder in die wässrige Flotte abwandern. Ein Nachlassen ihrer Wirkung wird oft sogar schon nach längerem Lagern in trockenem Zustand beobachtet. Während extremer Filterbedingungen, z.B. geringer relativer Feuchte und hoher Temperatur, werden diese Substanzen ebenfalls unwirksam, weil sie sich verflüchtigen oder in die filternden Oberflächen hineindif-? fundieren und so der Oberfläche entzogen werden.

Die metallische Bedampfung der Filteroberfläche zur Erreichung einer erhöhten Oberflächenleitfähigkeit wird ebenfalls angewendet. Durch mechanisches Bearbeiten, wie beim Filtrationsvor-

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gang, blättern die metallischen Schichten allerdings, beginnend mit feinen Haarrissen allmählich a-b, wodurch die erhöhte Leitfähigkeit verschwindet.

Auch können ganze metallische . . Stahlfasern in das Filtermedium eingelagert werden, um eine elektrische Aufladung weitgehend zu verhindern. Diese Lösung ist einerseits sehr kostspielig und damit unwirtschaftlich, andererseits können trotz der Beimischung leitender Fasern durch Feldverdichtung im nicht leitenden Teil des Filtermediums recht hohe Aufladungen entstehen.

Reine Metallfiltermedien sind ebenfalls sehr kostspielig. Darüberjhinaus sind bei diesen die elektrostatischen Kräfte beim Filtervorgang derart gering, daß ein ausreichender Abscheidegrad nicht erreicht werden kann.

Es wurde auch versucht, die für Filtermedien verwendeten Nichtleitermaterialien durch entsprechende chemische T4odifizierung der Substratoberfläche mit antistatischen Eigenschaften auszustatten. Eine ausreichende Wirkung konnte dabei nur unter ganz bestimmten Betriebsbedingungen erreicht werden. Für Industriefiltermedien, die auch hohe Temperaturen aushalten müssen, sind solche Modifikationen nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Filtermediums, welches die für die Vermeidung von unschädlichen Aufladungseffekten notwendige Leitfähigkeit hat, welches auch unter extremen mechanischen und thermischen Beanspruchungen beständig ist und welches einen hohen Abscheidungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten CJasfiltermedium dadurch gelöst, daß in bzw. an das poröse Material submikroskopisch feine Teilchen elektrisch gut leitender Substanzen ein- bzw. angelagert sind.

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Die Erfindung ermöglichst es, alle Nachteile der bisher bekannten Möglichkeiten zur Verhinderung der elektrostatischen Aufladung von Filtermedien auszuschalten, indem sie keine meßbaren elektrostatischen Aufladungen entstehen läßt bzw. aufgebrachte Ladungen in dem gexvünschten Maß ableitet. Durch die Ablagerung wird die filterwirksame Oberfläche des Filtermediums elektrisch leitfähig und darüber hinaus durch die Ablagerung der kleinen Teilchen die wirksame Oberfläche wesentlich vergrößert. Elektrostatische Aufladungen können.auch unter extremen Filtrationsbedingungen, wie sie in der Industrie häufig vorkommen, verhinäert werden. Da beispielsweise aufgesprühte Ladungen in Form von Elektronen abgeleitet bzw. auf der gesamten filternden Oberfläche verteilt werden, eignet sieh,das erfindungsgemäße Filtermedium auch in Elektrofiltern als Niederschlagselektrode.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das poröse Material ein "Fasermaterial. Dieses eignet sich aufgrund seiner Struktur und der relativ einfachen Herstellungsmöglichkeit besonders für Filtrationszwecke.

Der Durchmesser der ein- bzw. abgelagerten Teilchen liegt vorzugsweise zwischen 2 χ 10 und 10 Mikrometer.

Die Porengrößen des porösen Filtermaterials liegen vorzugsweise zwischen 5 und 1000 Mikrometer.

Der Durchmesser der Fasern des Filtermaterials liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 150 Mikrometer.

Besonders gute Ergebnisse wurden dann erzielt, wenn durch die Ein- bzw. Anlagerung der Teilchen der leitenden Substanzen die filternde Oberfläche des porösen Materials auf etwa ein 3-2000 faches veigrößert wurde. Die Teilchen können aus Ruß und/oder Graphit und/oder Metall bestehen.

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Das Filtermaterial kann
-Naturfasern

- pflanzliche Pasern

-Pflanzenhaare	(z.B.	Baumwolle,Kabok)
-Bastfasern	(z.B.	Flachs, Hanf, Jute)
Hartfasern	(z.B.	Sisal)
-tierische Pasern
-Wollen	(z.B.	Schafwolle, Kamel-
	haar)
-Haare	(z.B.	RoShaar)
-Seiden	(z.B.	Tunah)
-mineralische Pasern	(z.B.	Asbest)

-Chemiefasern

-aus natürlichen Polymeren

-pflanzlicher Herkunft (z.B. zellulosische Fasern, Nitrat, Cupro, Viskose, Azetat, Eiweiß, Alginat, Gummi)

-tierischer Herkunft (z.B. Kasein)

-aus synthetischen Polymeren

-Polykondensatfasern (z.B. Polyester, Polyharnstoff, Polyamid)

-Polymerisatfasern (z.B. Polyäthylen, Polyprooylen, Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Multipolymarisatfasern, PoIytetrafluoräthylen)

-Polyadditionsfasern (z.B. Polyurethan,

,Elastomer)

-industriell hergestellte Fasern auf anorganischer Grundlage (z.B. Glas, Keramik, Gesteinen, Schlacken, Metallen)

oder Mischungen daraus enthalten.

Die Menge der einzulagernden Teilchen ist zwec. mäßigerweise so bemessen, daß der elektrische Durchgangswiderstand des Filtermediuras bei (20°C) kleinere Vierte als lO^Ohra cm aufweist.

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Damit das Fasermaterial die erforderliche Festigkeit erhält, kann es durch Weben, Wirken, Vlieslegen, Nadeln, Kunststoff anlagerung an Faserkreuzungspunkten, Imprägnieren und thermisches Verschweißen oder Verdichten stabilisiert sein.

Die Teilchen können beispielsweise durch Oberflächenkarbonisierung i'n das poröse Material ein-.bzw. angelagert sein.

Um die Haftfähigkeit der Teilchen zu erhöhen, sind diese mittels Bindemittel, z.B. einem Harz, an der Oberfläche des porösen Materials gehalten. · -

Das erfindungsgemäße Gasfiltermedium kann je nach Änwendungsart und -zweck als Filterband, -tasche oder -schlauch ausgebildet sein.

Ein Verfahren zur Herstellung des Gasfiltermediums besteht erfindungsgemäß darin, daß zunächst das poröse Material hergestellt und gegebenenfalls mechanisch, chemisch oder thermisch verfestigt und dann die Teilchen durch Tauchen in eine oder Besprühen mit einer die Teilchen suspendiert enthaltenden Flüssigkeit oder durch Oberflächenkarbonisierung in bzw. an das poröse Material ein- bzw. angelagert werden.

Das Tauchbad bzw. die Sprühflüssigkeit kann vorzugsvreise eine Harzdispersion enthalten, die die Befestigung der Teilchen an der'Oberfläche des Filtermaterials durch Binde- oder molekularkinetische Kräfte verbessert. Eine erfindungsgemäße Verwendung des Gasfiltermediums als

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Elektrofilter besteht darin, daß der zu reinigende Gasstrom durch das Piltermedium als Niederschlagselektrode hindurchgeführt wird.

Eine besonders wirksame Filterung wird dann erreicht, wenn das; Filtermedium in Form- eines Bandes über Walzen von einer Beaufschlagungszone in eine Reinigungszone transportiert wird. In der Beaufschlagungszone wird dabei das zu reinigende Rohgas ' durch das Filtermedium hindurchgeführt, während in der Reinigungszone, die vorzugsweise unterhalb der Beaufschlagungszone liegt,die an das Filterband angelagerte Staubschicht beispielsweise mit Hilfe von Abspritzwasser- oder Druckluftdüsen beseitigt wird.

Das Abgas wird zweckmäßigerweise durch ein vor dem Filtermedium gebildetes Sprühelektrodenfeld geführt, wobei die Sprühelektroden als gespannte Drähte ausgebildet sind, die gegen die Strömung des Abgases mittels Ablenkelementen, beispielsweise Metallrohren oder Platten, abgeschirmt sind, damit sich an den Elektrodendrähten selbst keine Ablagerungen bilden können.

Das erfindungsgemäße Gasfiltermedium hat hervorragende Filtereigenschaften. Auf der Oberfläche des"Filtermaterials gegebenenfalls entstehende Ladungen werden hinreichend schnell abgeleitet bzw. verteilt. Gleichzeitig ist die Oberfläche durch die Anlagerung einer Vielzahl von im Vergleich zu".den wirksamen Flächen des porösen Filtermaterials kleiner Teilchen auf der filternden Oberfläche diese und damit auch die FiIterwirkung um ein Vielfaches erhöht. Das erfindungsgemäße Filtermedium kann aus einer oder mehreren Lagen angemssener Dicke in Form von Fasern in verschiedenen, den Filtrationsbedingungen angepaßten Anordnungen, die mehr oder weniger stark verdichtet oder in ihrer Lage durch verschiedene Verfahren stabilisiert sind, zu: sammengesetzt oder aus Faserfcerbundstoffen, die mittels mecha- ' nischer Verfestigungsverfahren gebunden und stabilsiert sind, hergestellt sein. Aufgrund der guten Haftfähigkeit der submikroskopisch kleinen Teilchen auf der filternden Oberfläche ist das erfindungsgemäße Filtermedium reinigungs- und regener.-„ rationsbeständig.Wegen der optimalen Leitfähigkeitseigenschaften

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des Filtermediums können Feststoffe, Flüssigkeitstropfen und Gase, z.B. aus industriellen Trägergasen, unter Verwendung geeigneter und bekannter Apparaturen, durch verstärkte, regelbare elektrische bzw-, elektrostatische Kräfte auf dem FiItermedium abgeschieden werden. Die während des Flltratlcnsprozesses auftretenden bzw. aufgesprühten elektrostatischen- Ladungen werden rasch genug abgeleitet; somit eignet sich das erfindungsgemäße Filtermedium hervorragend für die Verwendung als Elektrofilter. Damit ist eine Kombination von Elektr©filtration und filternde Entstaubung aufgrund von Trägheitκ-, Diffusions- und Siebkräften möglich.

Bei sämtlichen bekannten Elektrofilter strömt das zu reinigende Gas parallel zur Niederschlagselektrode und senkrecht zum elektrischen Feld. Der Abscheidungsgrad der auszuflXternden Teilchenist demzufolge relativ gering. Bei der erflndungsgemäSen-Verwendung des Filtermediums strömt dagegen das zu reinigende Gas durch ein vor dem Filtermedium gelegenes Sprfihelektrodenfeld und dann senkrecht durch das erfindungsgemäße Filtermedium als Niederschlagselektrode hindurch. Der Platz-bedarf eines solchen erfindungsgemäßen Elektrofilter^ ist Im Vergleich zu bekannten Elektrofiltern äußerst gering. Bei Felnstäuben mit hohen elektrischen Widerständen hat das erfindungsgemäße Piltermedium auch bei sehr hohen Temperaturen damit wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Elektrofiltern und filternden Entstaubern. Versuche haben ergeben, daß die Filterflächenbelastbarkeit bei dem erfindungsgemäßen Filtemedlura etwa 16 mal höher als bei konventionellen Elektrofiltern liegt. An der Sprühelektrode liegt dabei vorzugsvreise eine hohe negative Gleichspannung im Bereich von etwa 20 OGO bis 60 000 Volt. Das als Niederschlagselektrode ausgebildete erflnduogsgeraäße Filtermedium selbst ist geerdet. Die mit Hilfe der Koronaentladung beladenen Staubteilchen wandern zu dem als Niederschlagselektrode ausgebildeten Filter und scheiden sich dort aufgrund elektrostatischer Kräfte ab. Da das Fllternedlrat= aber von dem zu reinigenden Gas durchströmt wird, werden auch die mechanischen Fiiterprozesse (SekundärfiltervorEang) im Fllter-

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material wirksam. Durch Trägheitseffekte und Diffusionswirkung und die zuvor genannten elektrostatischen Kräfte bildet sich an der filternden Oberfläche eine primäre Staubschicht, die zusätzlich noch als Filterschicht wirkt.

Es wurde gefunden, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen PiItermediums noch Staubteilchen mit Korngrößen unterhalb von 0,05 x 10~ m abgeschieden werden. Teilchen dieser HrÖße liegen schon im Bereich der Aktivkohlefiltration. Damit ist die Möglichkeit der Filtration von Feinststäuben und -rauchen (Metallrauehe) und sogar die Filtration von Viren und Bakterien gegeben.

Aufgrund der guten Filtrationswirkung und dem niedrigen Strömungswiderstand "des erfindungsgemäßen Filtermediums können hochwirksame kompakte Filter gebaut werden. Der Abscheidungsgrad in Abhängigkeit von der Tilterflächenbelastung des als Elektrofilter verwendeten erfindungsgemäßen Filtermediums ist überraschend gut. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Filtermediums als Niederschlagselektrode konnte gegenüber einem mit HO g/tjm herkömmlichen Filtermaterials bestückten Flächerifilter bei gleichem Abscheidungsgrad,z.B. 20 mg/cbm, die Filterfläche bei gleichen Differenzdruck auf 1/16 der Filterfläche reduziert werden. Hieraus ergeben sich die erheblichen Vorteile eines solchen Filters gegenüber konventionellen Entstaubungsanlagen.

Eine Anordnung, bei der das erfindungsgemäße Filtermedium als über Walzen bewegbares endloses Band verwendet wird, hat sich insbesondere wegen der einfachen Abreinigungsmöglichkeifc bewÄirt. Die Qeschwinäigkeit des endlosen FiIterbendes kann über ein Getriebe stufenlos geregelt werden, beispielsweise mit Hilfe der den Betriebsbedingungen angepaßten Widerstands- oder Abacheidegradaessungen. .

» Patentanspruches

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Claims

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Patentansprüche:

' l.V Gasfilterraediura aus porösem Material, dadurch gekenn ζ e i chne t, daß in bzw. an das poröse Material submikroskopisch feine Teilchen elektrisch.gut leitenda?Substanzen 'ein- bzw. angelagert sind.

'2. Gasfiltermedium nach Anspruch 1, d a~d u r cn gekennzeichnet, daß das poröse Material ein Fasermaterial ist. . . "

3. Gasfiltermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

g e k e n.n ζ e i c h.n e t, daß der Durchmesser der Teilchen zwischen 2 χ 10"^ und 10 χ 10 ""⁶m liegt.

4. Gasfiltermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3» d a d u r c hg e k e η η ζ ei c h η e t, daß^die Porengröße zwischen · 5 und 1000 Mikrometer liegt.

5. Gasfiltermediura nach einem der Ansprüche 1 bis ^,dadurch gekennzeichne t, daS der Diarchmesser der¹ Pasern des Fasermaterials zwischen 1,5 und 150 Mikrometer liegt. . ' . ■·■.-,:■".

6. Gasfiltermediuitt nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß dureifr die Einbzw, Anlagerung der Teilchen der leitenden SubfeSanzen die filternde Oberfläche des porösen Materials auf etwa ein 2 bis 2000faehes vergrößert 1st. ^:

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7· Qasfilterraedium nach einem der Ansprüche i Isis i, d a d U r'e h: g e ke η η ζ el β h -η e t,daS ctie''Teilchen aus Ruß und/oder Graphit upä/o&er Metall

8. Gasfiltermedium nach einem der Ansprüche 1 bis J _t d ä. -. durch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial Naturfasern (pflanzliche, tierische oder mineralische), Chemiefasern aus synthetischen und/oder natürlichen Polymeren oder industriell hergestellte Pasern auf anorganischer Grundlage oder Mischungen daraus enthält.

9. Gasfiltermedium nach den Ansprüchen 1 bis 8, d adur ch g'e.kennzeichnet, daß der elektrische Durchganfswiderstand des Filter-mediums (bei 20⁰C) kleinere Werte als 1(P Ohm cm aufweist.

10. ßasfiltermedium nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a durch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial durch Weben, Wirken, Vlieslegen, Nadeln, Kunststoffanlagerung, Imprägnieren, thermisches Verschweißen oder Verdichten stabilisiert ist. ■

11. Gasfiltermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d adurch gekennzeichnet, daß die Teilchen durch Oberflächenkarbonisierung in bzw. an das poröse Material ein- bzw. angelagert sind.

12. Gasfiltermedium nach einem der Ansprüche 1-bis'11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen mittels Bindemittel, z.B. einem Harz, an der Oberfläche des porösen Materials gehalten sind.

13· Gasfiltermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d adurch gekennzeichnet, daß es als Filterband, -tasche oder -schlauch ausgebildet ist.

I¹J. Verfahren zur Herstellung eines Gasfiltermediums nach einem der Ansprüche 1 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das poröse Material hergestellt

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und gegebenenfalls mechanisch, chemisch oder thermisch ver- . festigt und dann die Teilchen durch Tauchen in eine oder Besprühen mit einer die Teilchen suspendiert enthaltenden Flüssigkeit in bzw. an das poröse Material-'ein- bzw. angelagert werden. .-

15. Verfahren nach Anspruch 1*1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchbad bzw. die Sprühflüssigkeit eine Harzdispersion mit erheblichen Binde- und molekularkinetischen Kräften enthält. .

16. Verwendung eines Gasfiltermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Elektrofilter, dadurch ge k e η η - , ζ e i c h η e t, daß der zu reinigende Abgasstrom durch das PiItermedium als Miederschlagselektrode hindurchgeführt wird.

17- Verwendung nach Anspruch 16-, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium in Form eines Bandes über Walzen von einer Beaufschlagungungszone in eine Heini- . gungszone transportiert wird.

18. Verwendung nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß das Abgas durch ein vor dem Filtermedium gebildetes Sprühelektrodenfeld geführt wird, wobei die Sprühelektroden als gespannte Drahte ausgebildet sind, die gegen die Strömung des Abgases mittels Abdeckelementen abgeschirmt sind.

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