DE2326070A1

DE2326070A1 - Entfernung von kohlendioxid aus der luft

Info

Publication number: DE2326070A1
Application number: DE2326070A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kuehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-22
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1974-12-12
Also published as: DE2326070C3; DE2326070B2; FR2230396B1; FR2230396A1; JPS5010281A; GB1465768A; US4047894A

Description

Entfernung von Kohlendioxid aus der Luft

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Luft sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zum Betrieb von Kraftfahrzeugen bietet sich zur Vermeidung schädlicher und giftiger Abgase der elektrische Antrieb in Verbindung mit einer elektrochemischen Stromquelle an, wobei für derartige Elektrofahrzeuge insbesondere Metall/Luft-Batterien in Betracht kommen. Da derartige Batterien mit einem alkalischen .Elektrolyten betrieben werden, ist es erforderlich, aus der verwendeten Luft, bevor sie den Luftelektroden zugeführt wird, das Kohlendioxid zu entfernen, weil sonst eine Carbonatisierung der Elektrolytflüssigkeit erfolgen würde, uies wiederum würde eine Beeinträchtigung bzw. Zerstörung der Metall- und Luftelektroden nach sich ziehen. Dieselben Probleme treten auch bei anderen mit Luft betriebenen elektrochemischen Zellen auf, beispielsweise bei Brennstoffelementen.

Die Entfernung des Kohlendioxides aus der Luft kann beispielsweise durch Auswaschen mit Lauge in mit Raschig-Ringen gefüllten Behältern erfolgen. Zur Ausscheidung kleiner COp-Mengen werden auch Gel-Adsorber.benutzt. Bei diesen Methoden ergibt sich aber der Nachteil, daß die Luft unter einem größeren Überdruck stehen muß, weil bei der Reinigung ein relativ hoher Druckverlust auftritt. Die erforderliche Druckerhöhung wiederum macht aber einen gewissen Energieaufwand erforderlich. Dies würde sich gerade aber auf dem Gebiet der Elektrotraktion nachteilig bemerkbar machen, da hierbei die zur Druckerhöhung der Luft erforderliche Energie der elektro-

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chemisehen Stromquelle entnommen werden müßte und damit dem eigentlichen Verwendungszweck, nämlich für den elektrischen Antrieb, verloren ginge.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Luft, insbesondere aus zum Betrieb von elektrochemischen Zellen dienender Luft, anzugeben,. welches nur eine geringfügige Druckerhöhung der Luft und deshalb nur einen geringen Energieaufwand erfordert.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Luft mit geringfügig erhöhtem Druck an der Oberfläche von mit einer Absorptionsflüssigkeit für Kohlendioxid getränkten Absorptionskörpern vorbeigeführt wird.

Vorteilhaft kann beim erfindungsgemäßen.Verfahren Luft mit einem Überdruck von etwa 1 bis 100 N/m (ca. 0,1 bis 10 mm Wassersäule) verwendet werden; vorzugsweise wird Luft mit einem Überdruck von etwa 10 K/m (ca. 1 mm WS) verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur COp-Entfernung aus der Luft erfordert im Vergleich zu bekannten Verfahren der Luftreinigung, welche durch Druckerhöhung (Naßwäsche) oder Temperaturerniedrigung (Luftverflüssigung) einen relativ großen Energiebedarf haben, nur einen geringen Energieaufwand. Zur Absorption des Kohlendioxids reicht es im allgemeinen aus, wenn die Luft einen Überdruck von etwa 1 mm WS (ca.

10 N/m ) aufweist. Es genügt deshalb, anstelle des sonst üblichen Kompressors einen Ventilator zu verwenden. Hierbei ergibt sich der weitere Vorteil eines sehr geräuscharmen Betriebes.

Als Absorptionsflüssigkeit kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft Kalilauge verwendet werden, insbesondere etwa 10 molare Kalilauge (10 m KOH). Kalilauge der angegebenen Konzentration zeigt ein Optimum bezüglich der Absorptions-

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wirkung in Verbindung mit der Absorptionsdauer.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist vorteilhaft Absorptionskörper aus porösen, gesinterten Platten aus Polyvinylchlorid (PVC) auf, welche mit Abstand voneinander angeordnet sind. Absorptionskörper aus PVC weisen eine hohe Aufnahmefähigkeit für die Absorptionsflüssigkeit, insbesondere Kalilauge, auf. Die Absorptionskörper können jedoch auch aus anderen Materialien bestehen, beispielsweise aus Schaum^kohlenstoff.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen den weiteren Vorteil auf, daß die Gefahr des Verstopfens, die beispielsweise bei der Naßwäsche infolge der Carbonatbildung besteht, nicht gegeben ist. Darüber hinaus ist diese Vorrichtung auch dann funktionsfähig, wenn die Absorptionsflüssigkeit eintrocknet, was insbesondere dann der Fall sein kann, wenn die Luft einen geringen Feuchtigkeitsgehalt aufweist..

Vorteilhaft beträgt die Volumenporosität der Absorptionskörper mehr als 30 ψ. Die Porengröße selbst liegt in einem Bereich, der durch folgende Bedingungen festgelegt ist. Die Poren sollen nur so groß sein, daß die Absorptionsflüssigkeit in den porösen Körpern gut haftet, und sie sollen nur so klein sein, daß die Diffusionsvorgänge in der Absorptionsflüssigkeit nicht beeinträchtigt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die porösen PVC-Platten gewellt und parallel zueinander angeordnet sind, wobei dann auch die Wellen parallel zueinander verlaufen, d.h. die Wellentäler und Wellenberge jeweils übereinander angeordnet sind. Die Luft wird dabei senkrecht zu den Wellen durch die 'zwischen den Platten befindlichen Zwischenräume geleitet.

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Dadurch ergibt sich eine größere Oberfläche, ein längerer Reaktionsweg und ein verbesserter Stoffübergang zwischen der Luft und der Absorptionsflüssigkeit. Die gewellten Platten sind vorzugsweise in einem der Plattenstärke entsprechenden Abstand voneinander angeordnet. Bei einer Plattenstärke von etwa 0,5 mm ergibt sich dabei eine sehr kompakte, kleine Baueinheit.

Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur, welche eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

In- der in der Figur dargestellten Vorrichtung, welche übersichtlichkeitshalber teilweise aufgebrochen ist, sind in einem Gehäuse 10 übereinander mehrere poröse, gewellte PVC-Platten 11 angeordnet. Die Platten sind in geeigneter Weise in gegenseitigem Abstand angeodnet, beispielsweise mitxels Halterungen, so daß zwischen ihnen Räume 12 zum Luftdurchtritt verbleiben. Das Gehäuse ist an seiner Vorder- und Rückseite zur Luftzuführung bzw. -abführung geöffnet.

Durch Sintern von PVC-Pulver mit einer Korngröße von etwa 25 bis 50 /um bei einer Temperatur von etwa 130 bis 17O⁰O

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und einem Druck von etwa 0,2 bis 1 N/mm (ca. 2 bis 10 kp/cm ) werden beispielsweise gewellte PVC-Platten mit einer Länge von 147 mm, einer Breite von 135 mm und einer Plattenstärke von 0,5 mm hergestellt; die Wellenhöhe beträgt etwa 2 mm. Anschließend werden die Platten, welche eine Volumenporosität von ca. 32 96 aufweisen, im Vakuum mit der Absorptionsflüssigkeit, beispielsweise 10 m KOH, getränkt. Die fertigen Platten mit einem Gehalt von ca. 0,8 g KOH/g werden dann in ein Gehäuse mit einer Länge von 300 mm, einer Breite von 135 mm und einer Höhe von 65 mm in der Weise eingebaut, daß jeweils zwei Platten hintereinander und eine Vielzahl derartiger Plattenpaare übereinander liegen.

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Eine derartige Ausführungsform eignet sich beispielsweise zur Verwendung bei einem Elektromofa, d.h. einem elektrisch angetriebenen Motorfahrrad. Bei einer leistung von 400 W werden der das Elektromofa antreibenden Metall/Luft-Batterie, insbesondere einer Eisen/Luft-Batterie (vgl.: "Siemens Porschungs- und Entwicklungsberichte" Bd. 1, Nr. 2/72, Seite 221 bis 226, sowie "Chemie-Ingenieur-Technik", 45· Jahrg., 1973, Heft 4, Seiten 203 bis 206), pro Stunde ca. 1500 1 Luft (3,5-facher Überschuß) zugeführt. Dies entspricht einem Luftdurchsatz von 17 l/cm *h, bezogen auf die Querschnittsfläche der Absorptionsvorrichtung. Bei diesem Luftdurchsatz liegt der Druckabfall unter 1 mm WS.

Untersuchungen haben gezeigt, daß bei einem Luftdurchtritt von ca. 17 l/cm »h und einer Temperatur von 0⁰C nach einem Dauerbetrieb von 100 Stunden die (^-Absorption noch über 90 # liegt. Nach dieser Zeit war die Lauge zu etwa 70 # verbraucht. Bei Raumtemperatur durchgeführte Versuche ergaben noch bessere Ergebnisse.

Bei einer angestrebten Fahrgeschwindigkeit für ein Elektromofa von 25 km/h würde sich demnach ein wartungsfreier Betrieb über wenigstens 2500 km ergeben. Nach dieser Fahrstrecke können die Absorptionskörper mit Wasser ausgespült, getrocknet und erneut mit Absorptionsflüssigkeit getränkt werden. Es hat sich gezeigt, daß auch bei mehrmaliger Wiederholung einer derartigen Regenerierung keine Verminderung der Funktionsfähigkeit eintritt.

Wie bereits ausgeführt, können das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung vorteilhaft zur Entfernung von Kohlendioxid aus zum Betrieb von elektrochemischen Zellen, insbesondere Metall/Luft-Batterien, dienender Luft verwendet werden. Eine Verwendungsmöglichkeit besteht aber grundsätzlich immer dann, wenn relativ kleine Luftmengen gereinigt

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werden sollen und der zur Reinigung erforderliche Energieaufwand gering sein soll. Beispielhaft sei hier die Verwendung COp-freier Luft bei chemischen Reaktionen im Labormaßstab genannt.

8 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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1. Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft mit geringfügig erhöhtem Druck an der Oberfläche von mit einer Absorptionsflüssigkeit für Kohlendioxid getränkten Absorptionskörpern vorbeigeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Luft mit einem Überdruck von etwa 1 bis 100 N/m , Vorzugsweise etwa 10 N/m , verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch f oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionsflüssigkeit Kalilauge, insbesondere etwa 10m KOH, verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskörper aus porösen, gesinterten, mit Abstand voneinander angeordneten Platten aus Polyvinylchlorid bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenporosität der Absorptionskörper über 30 $> liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskörper gewellt und parallel zueinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskörper in einem der Plattenstärke entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind.

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8. Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7 zur Entfernung von Kohlendioxid aus zum Betrieb von elektrochemischen Zellen, insbesondere Metall/ Luft-Batterien, dienender Luft.

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