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Zwangsweise befeuchtendes Adsorptionsverfahren.
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Die erfindung betrifft ein Verfahren zum selektivenEntfernen von riechenden
gasförmigen Substanzen oder Materialien aus einem Gasstrom und insbesondere ein
Verfahren zum Entfernen von riechenden gasförmigen Substanzen oder Materialien aus
einem Gasstrom durch Adsorption unter zwangsweise befeuchtenden Bedingungen.
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Zum Entfernen von riechenden Substanzen aus einer gasförmigen Mischung
ist eine Vielzahl von Deodorierungsverfahren vorgeschlagen und in der Praxis verwirklicht
worden, die allgemein
in (1) Absorptionsverfahren, (2) Oxidationsverfahren
und () Adsorptionsverfahren unterteilt werden können. Jedoch sind die bestehenden
Verfahren innerhalb dieser drei Kategorien unvollständig oder weisen entweder vom
technischen oder vom wirtschaftlichen Standpunkt Nachteile auf.
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Unangenehm riechende Gase werden iiblicherweise als Frgebnis beim
Betrieb in industriellen Anlagen und Fabriken auf den verschiedensten Gebieten erzeugt,
und sie liegen üblicherweise in Form einer Gasmischung vor, die die verschiedenartigsten
Materialien enthält. Die meisten der Materialien, die unangenehmen Geruch aussenden,
liegen äusserst niedrig in ihrem Schwellenwert, bei dem die Gerüche unwahrnehmbar
werden, und daher wird es sehr schwierig, völlige Geruchlosigkeit einer gasförmigen
Mischung zu bewirken, die verschiedenartige geruchaussendende Substanzen enthält.
In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass gemäss dem Weber-Fechner'schen Gesetz eine
99 ziege Entfernung einer unangenehmen Geruch aussendenden Substanz einen Deodorierungseffekt
liefert, der nur etwa 70 % beträgt. Daher wird das Entfernen einer riechenden Substanz
sogar in der Grössenordnung von 99 g als praktisch nicht zufriedenstellend angesehen.
Nur wenn eine Entfernung in der Grössenordnung von 99,9 bis 99,99 # erzielt wird,
wird ein praktisch ausreichender Deodorierungseffekt erhalten, Es ist völlig unmöglich,
in Anbetracht des beteiligten Absorptionsmechanismus eine völlige Deodorierung durch
ein Absorptionsverfahren durchzuführen. Bezüglich der Oxidationsdeodorierung liefert
ein direktes Flammenverbrennungsverfahren eine Mglichkeit der völligen Deodorierung,
jedoch ist dieses Verfahren von einem wirtschaftlichen Standpunkt her nicht durchführbar,
Weiterhin bringt ein Deodorierungsverfahren von einem katalytischen Verbrennungstyp
Probleme mit sich, die noch gelöst werden müssen, wie z.B. das des Katalysatorgiftsund
das Verfahren hat daher seine Grenzen bei praktischen Anwendungen.
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Zum Entfernen von riechenden Materialien oder Substanzen, die in niedrigen
Konzentrationen in einem Gas enthalten sind, wird ein Adsorptionsverfahren sowohl
vom theoretischen als auch praktischen Standpunkt als am besten geeignet angesehen,
da praktisch völlige Deodorierung mit einer Entfernungswirksamkeit von 99,99 % oder
höher erwartet werden kann. Jedoch weist das Adsorptions-Deodorierungsverfahren
ebenfalls verschiedenartige Probleme auf, die gelöst werden müssen, von denen das
wichtigste die Auswahl eines Adsorptionsmittels ist, das in der Lage ist, verschiedenartige
Substanzen bzw. Materialien zu adsorbieren, und ferner mit geringen Herstellungskosten
erhältlich ist. Weiterhin ist ein ausgewähltes Adsorptionsmittel erforderlich, damit
dieses für die Verwendung in vorhandenen Adsorptionsapparaturen oder Systemen geeignet
ist.
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Bekannte Gas-Adsorptionssysteme können wie folgt eingeteilt werden:
(1) Festbett-System, in dem Gase durch eine Schicht geleitet werden, die mit einem
körnigen Adsorptionsmittel bepackt ist.
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(2) Fliessbett-System, bei dem Gase mit einem fliessenden körnigen
Adsorptionsmittel in Kontakt gebracht werden.
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(3) Wirbelschichtbett-System, in dem Substanzen, die in dem Gas enthalten
sind und adsorbiert werden sollen, adsorbiert werden, während ein körniges Adsorptionsmittel
mit dem Gas in der Wirbelschicht zusammengebracht wird.
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(4) Gasfluss-tIbergangskontaktsystem, bei dem ein pulverförmiges
Adsorptionsmittel in einem Gasstrom dispergiert wird und in einem parallelen Fluss
mit dem Gasstrom von diesem mitgeführt wird, damit die riechenden Substanzen in
dem Gas während des Mitführens an dem Adsorptionsmittel adsorbiert werden.
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Die meisten der vorhandenen Gas-Adsorptionsapparaturen sind gemäss
irgendeinem der Systeme (1) bis (3) aufgebaut. Adsorptionsmittel, die in den Systemen
(1) bis (3) verwendet werden sollen, müssen unabänderlich zusätzlich zu hervorragender
Adsorptionsfähigkeit und Aktivität zufriedenstellende physikalische Eigenschaften
wie (a) homogenes Gefüge und Festigkeitseigenschaften in der Form von Teilchen oder
Körnchen, (b) Abriebfestigkeit, (c) Wärmebeständigkeit und (d) Bruchfestigkeit aufweisen.
Jedoch sind in dem Gasfluss-ffbergangssystem die oben angegebenen physikalischen
Eigenschaften nicht notwendigerweise erforderlich, da das Adsorptionsmittel in Form
von Pulver mit einer Teilchengrösse von 1 bis 150 p verwendet wird und es möglich
ist, ein Adsorptionsmittel mit geeigneter Eigenschaft in Abhängigkeit von der Art
der Substanzen, die adsorbiert werden sollen, auszuwählen. Um riechende Substanzen
mit Erfolg aus einem zusammengesetzten Gas durch Adsorption zu entfernen, war es
notwendig, eine Anzahl verschiedener Adsorptions mittel zu verwenden, die jeweils
für verschiedene Arten von Substanzen, die adsorbiert werden sollen, aktiv sind.
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Im allgemeinen sind jedoch Materialien oder Substanzen, die in Gasen
und Dämpfen enthalten sind und adsorbiert werden sollen, in ihren chemischen und
physikalischen Eigenschaften sehr verschiedenartig, d h, dieselben können gesättigte
Bindungen, ungesättigte Bindungen oder beide haben, können nicht-polar oder polar
in verschiedenem Ausmass sein, können durch Ionen-Bindung gebildet sein, können
hydrophob oder hydrophil sein und können verschieden in ihrer Teilchengrösse sein,
Insbesondere für die Adsorption von verschiedenartigen Materialien oder Substanzen,
die in einem viel-komponentigen gemischten Gas enthalten sind, wie es bei der Deodorierung
eines Abgases der all ist, ist es wünschenswert, ein Adsorptionsmittel zu verwenden,
das in der Lage ist, gleichzeitig verschiedene Arten von Substanzen zu adsorbieren,
Industriell
verwendete feste Adsorptionsmittel werden im grossen ganzen in drei Kategorien eingeteilt,
d.h. kohlenstoffhaltige Adsorptionsmittel, Adsorptionsmittel auf Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Basis
und Adsorptionsmittel auf Harz-Basis. Ein Beispiel fur kohlenstoffhaltige 4dsorptionsmittel
ist Aktivkohle (1) und ffir Adsorptionsmittel auf Siliziumoxid-Aluminiumoxld-Basis
ist aktivierter Ton oder Klei (2). Die Aktivkohle-Adsorptionsmittel sind in verschiedenartiger
Form erhältlich, was von der trt des Materials und dem Verfahren abhängt, das fftr
ihre Herstellung verwendet wird. Ferner schliessen Adsorptionsmittel auf Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Basis
Kaolin (3), aktiviertes Bauxit (4#, Silika-Gel (5), Aluminiumhydroxid-(Tonerde-Dehydrat-)Gel
(6), natürliches und synthetisches Zeolit (7) oder dergleichen ein. Dagegen ist
das Adsorptionsmittel auf Harz-Basis vielseitig in seiner Art, was von den Ausgangsmaterialien
und Verfahren abhängt, die zu seiner Herstellung verwendet worden sind.
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Gemäss der Einteilung nach den innewohnenden selektiven Adsorptions-Charakteristiken
gehört das kohlenstoffhaltige Adsorptionsmittel (1)' zu einem nicht-polaren Adsorptionsmittel
mit leicht hydrophoben Eigenschaften und kann nicht-polare ungesättigte Verbindungen
fast unabhängig von der Art ihrer funktionellen Gruppen adsorbieren. Andererseits
gehören die Adsorptionsmittel (2) bis (7) auf Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Basis zu
einem hydrophilen polaren Adsorptionsmittel, das selektiv polare Gruppen enthaltende
Verbindungen und/oder ungesättigte organische Verbindungen mit Doppel- oder Tripelbindung
adsorbiert. Das Adsorptionsmittel auf Harz-Basis (3) schliesst nichtpolare oder
hoch-polare Adsorptionsmittel ein.
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Unter den oben angegebenen Adsorptionsmitteln sind es nur die Aktivkohle
und eine bestimmte Art kohlenstoffhaltiges Adsorptionsmittel, die durch die Verwendung
von körnigem Kalk mit einer polaren Gruppe versehen werden, die jetzt in Gasdeodorierungseinrichtungen
in industriellem Masstab verwendet werden.
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Die Adsorptionsmittel (2) bis (7) auf Siliziumoxid-Aluminiumoxid
-Basis
und das Adsorptionsmittel auf Harz-Basis (8) besitzen nur begrenzte Anwendungen
aufgrund ihrer speziellen physikalischen Eigenschaften und/oder hohen Kosten.
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Unter den nicht-polaren Adsorptionsmitteln wird Aktivkohle als am
hervorragensten in ihren physikalischen Eigenschaften und am niedrigsten in Bezug
auf die Kosten angesehen. Indessen ist es schwierig, ein polares Adsorptionsmittel
mit so hervorragenden physikalischen Eigenschaften und niedrigen Kosten zu finden,
dass es mit nicht-polarer Aktivkohle vergleichbar ist.
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Obgleich synthetisches Zeolit oder ein Adsorptionsmittel auf Harz-Basis
hervorragende physikalische Eigenschaften zeigt, kann es nicht in industriellen
Gas-Deodorierungsvorrichtungen wegen seiner unerschwinglich hohen Kosten verwendet
werden.
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Ferner ist die Anwendung von aktiviertem Bauxit, Silika-Gel oder Aluminiumhydroxid-Gel
begrenzt auf Dehydratisierung und Entfernung von Feuchtigkeit, und Kaolin liegt
in seiner Adsorptionsfähigkeit niedrig. In diesem Zusammenhang sei jedoch bemerkt,
dass aktivierter Ton , welcher ein polares Adsorptions mittel ist, industriell als
ein Gas-Deodorierungsadsorptions mittel verwendet werden kann. Zusätzlich ist aktivierter
Ton niedrig in den Kosten, und mit Ausnahme von Kaolin, ist er zu Kosten erhältlich,
die etwa 1/3 von denen fir aktiviertes Bauxit betragen, etwa 1/10 von denen für
Silika-Gel, etwa 1/15 für die von Aluminiumhydroxid-Gel, etwa 1/15 für die von Aktivkohle,
etwa 1/40 von denen für Adsorptionsmittel auf Harz-Basis und etwa 1/100 von denen
ftir synthetisches Zeolit.
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Die Kosten ftir das Adsorptionsmittel bilden einen wichtigen Faktor
bei praktischen Anwendungen. Wenn z.B. in einem Gas, das behandelt werden soll,
eine Komponente mit einem hohen Siedepunkt enthalten ist, kann ein Adsorptionsmittel,
welches die Komponente mit dem hohen Siedepunkt adsorbiert hat, nicht völlig durch
üblichen Niederdruck-Wasserdampf regeneriert werden.
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Das Adsorptionsmittel wird leicht mit der Komponente mit dem hohen
Siedepunkt'gesättigt und unterliegt einem Durchbruch.
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Dementsprechend muss die Desorption des Adsorptionsmittels
durch
ein Hochtemperatur-Desorptionsverfahren durchgeführt werden, bei dem iiberhitzter
Dampf verwendet wird, so dass die Desorptionsapparatur notwendigerweise kompliziert
und kostspielig wird. Weiterhin liegen die desorbierten Bestandteile, die als Ergebnis
aus der Behandlung in der Desorptionsapparatur erhalten worden sind, in Form einer
Mischung vor, die kaum en wiederverwendet werden kann/ und fast wertlossind. Daher
müssen die aufgesammelten Bestandteile entweder verbrannt werden oder weggewaschen
und zusammen mit Wasser abgeführt werden. Mit anderen Worten ist die Desorptionsstufe
bedeutungslos und kann nur zu einer sekundären Umweltverschmutzung führen.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist die Verwendung von teurem
Adsorptionsmittel von einem ökonomischen Standpunkt aus fast undurchführbar, sogar
wenn die Adsorptionsmittel hervorragend in ihrer Aktivität und Adsorptionsfähigkeit
sind, wenn die Adsorptionsmittel nicht mit niedrigen hosten regenerierbar sind.
Aus diesen Gründen können die frjjheren Adsorptionsapparaturen, in denen Aktivkohle
als ein tdsorptionsmittel verwendet wurde, kaum für Gas-Deodorierung verwendet werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Adsorptionsverfahren
zu schaffen, bei dem aktivierter Ton oder Klei als sein Hauptbestandteil verwendet
wird, der besondere Adsorptionsfähigkeit und Aktivität aufweist.
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Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Entfernen riechender Substanzen oder Materialien aus einem Abgas zu schaffen.
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Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Entfernen von riechenden Materialien aus einem Gas durch eine Gas-estphase-Adsorption
mit hoher Wirksamkeit zu schaffen.
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Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Entfernen von riecsnden Materialien mittels eines Gasfluss-
Übergangskontakt-AdsorptionssVstem£zu
schaffen.
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Es ist endlich noch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Entfernen von riechenden Materialien zu schaffen, bei dem ein Gas, das behandelt
werden soll, zwangsweise befeuchtet und unter Verwendung von aktiviertem Ton oder
Klei adsorbiert wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung, die anhand der beigefügten Zeichnung nun folgt.
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Die einzige Figur ist eine schematische Ansicht, die eine Adsorptionsapparatur
zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Das zwangsweise befeuchtende Adsorptionsverfahren gemäss der vorliegenden
Erfindung umfasst das Zuführen eines Gases, das behandelt werden soll, das zwangsweise
Befeuchten des Gases bis auf einen vorherbestimmten Grad und das Dispergieren und
Flotieren eines pulverförmigen Adsorptionsmittels, welches hauptsächlich aus aktiviertem
Ton oder Klei zusammengesetzt ist, in einem Gasstrom in einer hohen Konzentration,
um das Adsorptionsmittel innig mit dem Gas in Kontakt zu bringen, damit die riechenden
Bestandteile aus dem Gas an dem Adsorptionsmittel adsorbieren, welches dann zusammen
mit dem Gasstrom weitergeleitet wird. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst
ferner das Abtrennen des mitgeführten pulverförmigen Adsorptionsmittels von dem
Gas und das Rckführen des abgetrennten Adsorptionsmittels zu dem Dispersionsverfahrensschritt
Auf diese Weise kann das Adsorptionsmittel wiederholt verwendet werden, bis es vollständig
gesättigt ist. Die Abtrennung kann durch einen einzigen Verfahrensschritt oder durch
zwei Verfahrensschritte, nämlich durch erstes Abtrennen von groben Teilchen und
anschliessendes Abtrennen von feinem Pulver von dem Gas, bewirkt werden.
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Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung beruht darin, dass das
Gas, das behandelt werden soll, zwangsweise befeuchtet wird, um die nachfolgende
adsorption von riechenden Substanzen an einem Adsorptionsmittel, das hauptsächlich
aus aktiviertem Ton oder Klei zusammengesetzt ist, zu erleichtern. In diesem Zusammenhang
sei bemerkt, dass aktivierter Ton oder Klei zwei Arten Wasser enthält, und zwar
gebundenes Wasser und nicht gebundenes oder freies Wasser. Es ist experimentell
bestätigt worden, dass aktivierter Ton oder Klei, der freies Wasser in einer Menge
von etwa 12 bis 15 % enthält, optimale Adsorptionsleistung aufweist. Ein derartiger
Gehalt an freiem Wasser korrespondiert mit einem Gleichgewichts-Wassergehalt von
aktiviertem Ton-oder Klei in einer relativen Feuchtigkeit von 70 bis 75 #. Dementsprechend
wird ein Gas, das behandelt werden soll, geeigneterweise in Abhängigkeit von der
Natur des Gases in einer relativen Feuchtigkeit von 65 bis 90 t befeuchtet und mit
einer linearen Geschwindigkeit von etwa 15 m/s zugeführt, In einem speziellen Fall
kann das Gas so weit befeuchtet werden, dass es eine relative Feuchtigkeit besitzt,
die grdsser als 90 te ist. Das Adsorptionsmittel, das für die vorliegende Erfindung
brauchbar ist, ist z.B. aktivierter Ton oder Klei(clay), ein zusammengesetztes Material,
das aus einem grösseren Anteil aktiviertem Ton oder Klei und einem kleineren Teil
Aktivkohle besteht, oder dergleichen. Das Adsorptionsmittel' sollte in Form von
Pulver vorliegen, um einen hohen Adsorptionswirkungsgrad in der Gas-Festkörper-Phase
zu gewährleisten, und eine übliche Teilchengrösse aufweisen, die ein Hindurchleiten
durch eine Maschenweite mit 185 mesh sieve (nach ASTM) gestattet. Ferner wird das
pulverförmige Adsorptionsmittel in dem Gas in einem geeigneten Dispersionsverhältnis
und einer Menge dispergiert, die von der speziellen Art und den Mengen der zu adsorbierenden
riechenden Verbindungen oder Substanzen abhängen.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verdankt den Besonderheiten
des aktivierten Tones oder Klei sehr viel, insbesondere seinem hohen Adsorptionsvermögen
und seiner Adsorptions-Aktivität. Und zwar besitzt der aktivierte Ton oder Klei
eine mittlere
Porengrösse von PO bis 180 2 Gemäss der Korrelation
zwischen einer Porengrösse und einer spezifischen Oberflächen-2 grösse erreicht
die spezifische Oberflächengrösse z.B. 120 m2/g, 0 wenn die Porengrösse etwa 26
A beträgt. Aktivierter Ton oder Klei besitzt üblicherweise eine Porengrösse, die
ausreichend ist, dass fast alle gasförmigen Substanzen adsorbiert werden 3 können.
Bei einem Porenvolumen von 0,6 bis 0,8 cm /g liegt die spezifische Oberflächengrösse
üblicherweise innerhalb eines Be-9 reichs von 250 bis 350 m /g, welcher Wert nicht
notwendigerweise viel grösser als der von Aktivkohle ist Obgleich die spezifische
Oberflächengrösse ein wichtiger Faktor bei der Diskussion der Adsorptionsphänomene
von Adsorptionsmitteln ist, ist es nicht sinnvoll, die Qualität von aktiviertem
Ton oder Klei nur unter Berücksichtigung seiner spezifischen Oberflächengrösse allein
zu bestimmen. Und zwar deswegen, weil die Besonderheiten von aktiviertem Ton oder
Klei als ein Adsorptions mittel nicht nur mittels der spezifischen Oberflächengrösse
dargestellt werden können, obgleich die spezifische Oberflächengrösse ein wichtiger
aktor ist, der die Adsorptionsfähigkeit von aktiviertem Ton oder Klei beeinträchtigt.
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Die theoretische Basis der vorliegenden Erfindung beruht hauptschlich
in den Besonderheiten des aktivierten Tons oder Klei.
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Die folgende Beschreibung ist den Besonderheiten des aktivierten Tones
oder Klei gewidmet, um die Erklärung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu
erleichtern.
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Aktivierter Ton kann durch Säurebehandlung (d.h. Behandlung mit Schwefelsäure)
aus Kaolin erhalten werden, Die kristalline Struktur von Kaolin ist eine Dreischichten-Struktur,
in die eine achtseitige d.h. Oktaeder - Aluminium-Zwischenschicht zwischen vierseitige
d.h. Tetraeder-Schichten, die von Kieselsäure gebildet werden, eingelagert ist.
Ein Teil des Aluminiums ist durch Magnesium substituiert, und die Leerstellen oder
Löcher in der elektrischen Ladung aufgrund der Substitution werden durch Ansammeln
von Kationen auf den Oberflächen der Schicht ergänzt, die die elektrischen Ladungen
der gesamten Aluminiumschicht
im Gleichgewicht halten. Die Kationen
sind austauschbar mit und können ersetzt werden durch verschiedene Arten von Kationen
wie im Ionen-Austausch-Harz. Durch die Säurebehandlung werden die Kationen durch
Wasserstoff substituiert und bilden Ton-Säure (clay acid). Dann tritt ein Wandel
in der Struktur der Oktaeder - Schicht durch ihre Solubilisation ein und die Tetraeder
- Schicht wird in freies Kieselsäure-Gel umgewandelt.
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Der aktivierte Ton, der ein Produkt einer Säurebehandlung von Kaolin
ist, wird in seiner Aktivität verbessert und besitzt physikalische Eigenschaften,
die im wesentlichen ähnlich denen von Kaolin sind.
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Die Zwischenschicht-Oberflächen von aktiviertem Ton, die Luft ausgesetzt
sind, werden mit Sauerstoffmolekülen umgewandelt und wirken daher so, als hätten
sie negative Ladungen, und die gegenüberliegenden Oberflächen der entsprechenden
Schichten neigen zum Anziehen von Dipolen, so dass polare Moleküle anfänglich durch
eine Monoschicht-Adsorption und anschliessend durch eine Mehrschichten-Adsorption
eingefangen werden. Die adsorbierten Moleküle werden kapillar kondensiert und in
den Poren angefüllt, bis sie einen Durchbruchspunkt als Ergebnis einer Sättigung
erreichen. Dies wird wie folgt erklärt: Wenn polare Moleküle an aktiviertem Ton
adsorbiert werden, werden die Oberflächen der adsorbierten Moleküle negativ geladen
und ziehen polare Moleküle in einer Multischicht durch elektro-statische Kraft an
und geben Anlass zu Kapillar-Kondensation.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist aktivierter Ton aufgrund
seiner polaren Struktur durch diese eigenart wirksam für polare Adsorption. Die
Adsorption von nicht-polaren oder schwach polaren Moleküle an aktiviertem Ton wird
hauptsächlich den Van-der-Waals-Kräften zugeschrieben. Da die Van-der-Waals-Kraft
nicht gerichtet ist, tritt Monoschichten-Adsorption an den Oberflächen von aktiviertem
Ton auf, ohne dass Anlass für normale Molekül-Anordn gegeben wird.
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In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass die Adsorption an Aktivkohle
durch Van-der-Waals-Kräfte auftritt und daher die Moleküle in Monoschicht adsorbiert
werden. Kapillar-Kondensation tritt bei Aktivkohle nur bei solchen Molekülen auf,
die leicht kondensierbar sind. Dies ist ganz ähnlich bei aktiviertem Ton.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, werden bei der polaren Adsorption
die Ionen, die schon an dem aktivierten Ton adsorbiert sind, nicht äquivalent mit
anderen Ionen ausgetauscht, Für polare Adsorption von organischen Verbindungen ist
ganz wesentlich erforderlich, dass die organischen Verbindungen eine polare Gruppe
oder polare Gruppen besitzen. Dementsprechend tritt die polare Adsorption nicht
bei gesättigten Verbindungen auf. Die Adsorption von nicht-polaren Molekülen an
aktiviertem Ton hängt von -Van-der-Waals-Kräften ab und tritt in Monoschichten-
Adsorption auf, so dass die Adsorptions-Kapazität von aktiviertem Ton gegenüber
nicht-polaren Substanzen niedriger ist im Vergleich mit der von Aktivkohle, die
spezifische Oberflächengrösse der Aktivkohle kleiner ist.
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Im allgemeinen werden anorganische oder organische Kationen an dem
aktivierten Ton durch eine Ionen-Austausch-Reaktion adsorbiert, bei der eine positive
Ladung tragende polare Verbindung an dem negative Ladung tragenden aktivierten Ton
unter dem Einfluss der Wirkung sowohl elektro-statischer Kraft als auch Van-der-Waals-Kraft
adsorbiert wird. Durch Reaktion mit dem aktivierten Ton werden anorganische oder
organische Kationen mit einer kleinen Grösse an dem aktivierten Ton mittels elektro-statischer
Kraft adsorbiert, wobei sie gleichzeitig durch Austausch mit ihm das Xquivalent
an Kationen freisetzen, die an dem aktivierten Ton adsorbiert waren. In diesem Fall
können organische Kationen mit einer relativ grossen Grösse auch durch Van-der-Waals-Kraft
adsorbiert werden. Auf diese Weise bringt der aktivierte Ton eine tonen-Austausch-Reaktion
mit sich wie in einem Ionen-Austausch-Harz.
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Wie oben erwähnt worden ist, besitzt der aktivierte Ton verschiedenartige
Adsorptionsfähigkeit, einschliesslich Van-der-Waals-Adsorption, polarer Adsorption,
Ionen-Austausch-Adsorption und dergleichen, so dass er in der Lage ist, die verschiedenartigsten
Verbindungen oder Substanzen zu adsorbieren, wenn er unter Bedingungen verwendet
wird, die den speziellen Figenschaften der zu adsorbierenden Verbindungen oder Substanzen
angepasst sind.
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Wenn ein Aceton-Montmorillonit-Komplex (Kaolin und aktivierter Ton
oder Klei gehören zu Montmorillonit) unter relativen Feuchtigkeitsbedingungen von
5 ~n erzeugt wird, kann der entstehende o Komplex einen Schichtabstand von æ bis
,2 2 A besitzen, wohingegen der Schichtabstand, wenn er unter relativen Feuchtigkeitsbedingungren
von 100 M erzeugt wird, 12,5 bis 15,1 2 wird.
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Im letzteren Fall scheint eine Wasser-Aceton-Mischung zwischen den
Schichten der oben erwähnten Kristallstruktur vorhanden zu sein, Weiterhin lässt
im letzteren Fall das Vorhandensein von Na-Ionen den Schichtabstand 12,5 2 werden
und das Vorhandensein von Ca-Ionen 15,1 2. Es wird angenommen, dass der Unterschied
zwischen Na-Ionen und Ca-Ionen im Abstand auf dem Unterschied in dem Grad der Hydratisierung,
d.h. Wasseranlagerung, der Ionen beruht.
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Durch den Kationen-Austausch von Hydrogen-Montmorillonit (aktivierter
Ton) mit einer organischen Substanz wird die Menge der organischen Substanz, die
durch Hydrogen-Montmorillonit adsorbiert wird, fast gleich der ausgetauschten Kationenmenge.
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Bei einer Säurebehandlun!r transformiert oder zerstört Elution von
Kationen aus dem Montmorillonit-Kristall die Kristall-Struktur, was zu einer Verringerung
in der Kationen-Austauschmenge führt. Es wird üblicherweise angenommen, dass die
Kationen-Austauschmenge von Hydrogen-Montmorillonit etwa 90 may/100 g ist.
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Wie aus dem vorstehend Beschriebenen klar hervorgeht, ist das Vorhandensein
von Wasser oder Feuchtigkeit in aktiviertem Ton per se und in einer Adsorptions-Atmosphäre
als wesentlich erforderlich, wenn der aktivierte Ton als ein Adsorptionsmittel bei
Gasphasen-Adsorption (oder -Absorption) verwendet wird.
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Dies ist offensichtlich verschieden von einem bleichen Gasphasen-Adsorptionsverfahren,
bei dem andere Adsorptionsmittel verwendet werden. Insbesondere, wenn eine Kationen-Austausch-Adsorption
mittels Verwendung von aktiviertem Ton durchgeführt wird, ist das Vorhandensein
von Wasser oder Feuchtigkeit absolut notwendig sowohl bei den Austauschpunkten als
auch in dem Gas, das behandelt werden soll, um den gewünschten Austausch und das
Freisetzen von Kationen zu erzielen. Die besondere Adsorptionsfähigkeit (oder Absorptionsfähigkeit)
von aktiviertem Ton wird als von dem Vorhandensein des Wassers herrührend angesehen.
Dementsprechend ist es praktisch schwierig, aktivierten Ton bei einer Gasphasen-Adsorption
ohne Hilfe von Wasser zu verwenden. Dies wurde durch Experimente bestätigt.
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Die Verwendung von aktiviertem Ton bei der Gasphasen-Rdsorption macht
es erforderlich, dass die relative Feuchtigkeit des Gases, das behandelt werden
soll, geeignet gesteuert wird, um den Gehalt an freiem Wasser des aktivierten Tons
auf einem vorherbestimmten Niveau zu halten. Hierdurch kann hochwirksame Adsorption
(oder Absorption) erreicht werden. Darüber hinaus ist eine bestimmte Menge an freiem
Wasser im aktivierten Ton nicht nur für die Ionen-Austausch-Adsorption ( oder Absorption)
notwendig, sondern auch für eine hydrophile Gas-Adsorption (oder Absorption). Der
Grund dafür wird durch das Prinzip erklärt, dass Gleiches Gleiches löst.
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Ein hochwirksamer Adsorptionsbetrieb unter Verwendung von aktiviertem
Ton kann dadurch erreicht werden, dass die Fruchtig keit eines zu behandelnden Gases
auf ein optimales Niveau unter Berücksichtigung des Adsorptionsmechanismusses gesteuert
wird, welcher beteiligt wäre, wenn Substanzen an aktiviertem Ton adsorbiert
würden,
d.h. Van-der-Waals-Adsorption, polare Adsorption, Ionen-Austausch-Reaktion oder
eine Kombination derselben.
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Es wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung ist
ganz allgemein eine Gasfluss-Ubertragungskontaktadsorptionsapparatur 1 dargestellt,
die einen Zwangsbefeuchter 2, eine Dispersionsvorrichtung 3 für die Dispersion eines
pulverförmigen Adsorptionsmittels, einen Kontaktturm 4 für die Kontaktierung eines
befeuchteten zu behandelnden Gases mit dem pulverförmigen Adsorptionsmittel, eine
Zentrifugal-Trennanla-' ge oder Zyklon 5 zum Entfernen von groben Körnchen aus dem
Gasfluss, eine Gaspulver-Abtrennvorrichtung 6 wie z.B. ein Schlauchfilter oder einen
elektrisch betriebenen Staubsammler, eine ~Zirkulationsvorrichtung 7 für ein pulverförmiges
4dsorptionsmittel und einen Ventilator oder ein Gebläse 9 umfasst.
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In der Zeichnung sind die Apparatur, die verschiedenen Baueinheiten
und Vorrichtungen in der gerade erwähnten Reihenfolge dargestellt, jedoch kann ihre
Lage, Anordnung, ihre Formen und ihre Konstruktion willkürlich verändert werden
oder durch andere geeignete quivalente Vorrichtungen substituiert werden, wenn es
gewünscht wird.
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Beim Betrieb wird ein Gas, das behandelt werden soll, in den Befeuchter
2 durch einen Gaseinlass 10 eingeführt, um demGas eine optimale Feuchtigkeit beizubringen.
Wie oben beschrieben worden ist, wird es bevorzugt, obgleich aktivierter Ton starke
Adsorptionsfähigkeit zeigt, wenn er in eine relative Feuchtigkeit von etwa 70 bis
75 % gebracht wird (mit einem nicht gebundenen oder freien Wassergehalt von 12 bis
15 ),dass das zu behandelnde Gas bei einer relativen Feuchtigkeit von 65 bis 90
g befeuchtet wird, was von der Art des Gases abhängt. Die Befeuchtung kann unter
relativen Fouchtigkeitsbedingungen bewirkt werden, die höher als 90 % sind. Das
geeignet befeuchtete Gas wird dann der Vorrichtung 3 zugefithrt, in der das pulverförmige
Adsorptionsmittel in dem Gas in einer hohen Dichte dispergiert und flotiert wird.
Das Gas, das das gleichmässig dispergierte pilverförmige Adsorptionsmittel mitführt,
wird
durch den Turm 4 hinauf und hinab geführt und dann dem Zyklon
5 zugeführt, wobei das Gas währenddessen in innigen Kontakt mit dem pulverförmigen
dsorptionsmittel gebracht wird, was zu einer Adsorption von Substanzen an dem Adsorptionsmittel
führt, Gleichzeitig adsorbiert oder desorbiert das Adsorptionsmittel Feuchtigkeit
von dem Gas bzw. an das Gas, um den Gehalt an nicht gebundenem Wasser auf einem
optimalen Niveau zu halten.
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Nach Abtrennung von groben Partikeln des Adsorptionsmittels von dem
Gas mittels des Zyklons 5 wird das behandelte Gas in die Abtrennvorrichtung 6 wie
z.B. ein Schlauchfilter oder Tütenfilter geleitet, damit das verbliebene feine pulverförmige
Adsorptionsmittel von dem Gas abgetrennt wird. Das auf diese Weise abgetrennte Gas
wird durch eine Abgas leitung 8 mittels des Gebläses 9 an die Luft freigegeben.
Andererseits wird das Adsorptionsmittel, das in dem Zyklon und in der Abtrennvorrichtung
abgeschieden worden ist, durch die Zirkulationsvorrichtung 7, die eine (nicht dargestellte)
Fördervorrichtung vom Schraubentyp aufweist, zu der Vorrichtung 3 zurückgeführt.
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Auf diese Weise kann die Adsorption kontinuierlich durch Zirkulation
des Adsorptionsmittels durch die Apparatur 1 bewirkt werden, wodurch hohe Adsorptions-Wirkungsgrade
gewährleistet werden.
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Auf diese Weise kann aktivierter Ton oder Klei, der bisher kaum in
einem Gasphasen-Adsorptionsverfahren verwendet worden ist, zufriedenstellend als
ein Gasphasen-Adsorptionsmittel mit Hilfe der vorbereitenden Zwangsbefeuchtung eines
zu behandelnden Gases verwendet werden.
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Üblicherweise ist ein riechendes Gas, das als Ergebnis des Betriebs
von Anlagen und Fabriken erzeugt wird, eine Mischung aus verschiedenartigen Substanzen
oder Verbindungen, einschliesslich polarer organischer Verbindungen, die unangenehme
Gerüche aussenden. Polare anorganische Verbindungen können unter Verwendung eines
polaren Adsorptionsmittels adsorbiert werden, eine Ionische organische Verbindung
kann durch Ionen-Austausch
mit einem Ionen-Austausch-Adsorptionsmittel
adsorbiert werden.
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In diesem Fall können Verbindungen wie C2-H5SH, CH3SH, NH3 und dergleichen
mittels eines polaren Adsorptionsmittels adsorbiert werden, während CH3NH2, (CH3)2NH,
(C113)3N und dergleichen durch Ionen-Austausch-Adsorption entfernt werden können.
Jedoch können derartige polare und ionische organische Verbindungen gleichzeitig
mit hohem Wirkungsgrad durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung adsorbiert
werden, indem aktivierter Ton oder Klei verwendet wird, da aktivierter Ton oder
Klei verschiedene Arten von Verbindungen durch polare oder Ionen-Austausch-Adsorption
adsorbieren kann.
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Das Gas-Deodorierungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet
als ein Adsorptionsmittel aktiviertes Ton- oder I(leipulver oder Teilchen oder ein
pulverförmiges zusammengesetztes Adsorptionsmittel, das hauptsächlich aus aktiviertem
Ton oder Klei zusammengesetzt ist, so dass die Kosten der Adsorption zehnmal und
einige Male kleiner als die mit Aktivkohle gehalten werden können. Dementsprechend
ist das Vorsehen einer Desorptionsapparatur nicht erforderlich, und daher können
die Installationskosten auf den Grad der Materialkosten reduziert werden. Das bedeutet,
dass das in der vorliegenden Erfindung verwendete Adsorptionsmittel nur durch neues
ersetzt wird, wenn es einen kritischen oder Schwellenwert der Adsorption erreicht.
Der ersetzte Ton kann nach einer geeigneten Behandlung zur Vermeidung des Freisetztens
der adsorbierten Substanzen als ein Füllmittel oder als andere Materialien wiederverwendet
werden, wenn es gewünscht wird.
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Die vorliegende Erfindung verwendet als ein Adsorptionsmittel aktivierten
Ton oder Klei, der durch Behandlung von Kaolin erhalten wird, welches in der Natur
reichlich vorkommt, wodurch eine stabile Versorgung zu geringen Kosten sichergestellt
ist.
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In dieser Hinsicht leistet die vorliegende Erfindung einen hohen Beitrag
zu industriellen Deodorierungsverfahren. Das Hervorragende der vorliegenden Erfindung
wird offenbar, wenn sie mit einem bekannten Deodorierungsverfahren vom Verbrennungstyp
verglichen
wird, bei dem eine grosse Menge Erdöl verbraucht wird und wobei durch Verbrennung
schädliche Substanzen erzeugt werden, die zu einer sekundären Umweltverschmutzung
führen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun spezieller anhand des folgenden
Beispiels erläutert.
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Beispiel Eine Mischung aus Ammoniak und Phenol wurde zur Adsorption
in eine Apparatur eines Typs verwendet, der in der Lage ist, ein Gas mit einer Durchflussgeschwindigkeit
von 600 Nm3/h zuzuführen. Als ein Adsorptionsmittel wurde ein pulverförmiges zusammengesetztes
Adsorptionsmittel verwendet, das aus 90 t aktiviertem Ton (clay) und 10 q Aktivkohle
zusammengesetzt war und das durch eine Maschenweite von 1S5 mesh sieve hindurch
passte.
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Zuerst wurde ein Experiment durchgeführt, wobei ein Gas verwendet
wurde, das 37,02 ppm Ammoniak und 13,48 ppm Phenol enthielt und das eine relative
Feuchtigkeit von 53 t- besass. Die Menge des Adsorptionsmittels betrug 100 g/kg
zugeführtes Gas.
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Das Gas wurde mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 15 m/s zugeführt
und wurde mit dem Adsorptionsmittel etwa 0,5 s in Kontakt gebracht. Dann wurde das
entstandene Abgas der Bestimmung der Konzentrationen von Ammoniak und Phenol unterworfen,
was gemäss einem entsprechenden Pyridin-Pyrazolon-Verfahren und einem Verfahren,
bei dem 4-Aminoantipyrin verwendet wurde, geschah. Als Ergebnis wurde gefunden,
dass das Rbgas 4,12 ppm Ammoniak und 1,26 ppm Phenol enthielt.
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Zweitens wurde das obige Verfahren mit der Ausnahme wiederholt, dass
ein Gas verwendet wurde, welches 14#,37 ppm Ammoniak und 16,13 ppm Phenol enthielt
und das auf eine relative Feuchtigkeit von 82 g befeuchtet war, Das Abgas enthielt
0,02 ppm Ammoniak und 0,01 ppm Phenol, d.h. 99,986 <7# Ammoniak und 99,93 % Phenol
wurden entsprechend entfernt,
Aus dem obigen Beispiel wird klar,
dass der Adsorptionswirkungsgrad bei einem Gas mit einer geringen Feuchtigkeit verringert
wird, wohingegen eine hohe relative Feuchtigkeit den Wirkungsgrad bemerkenswert
verbesserte. Eine Gas-Deodorierungsapparatur mit einem Festbett-Filter, die jetzt
breite Anwendung findet, verwendet Aktivkohle mit einer Teilchengrösse, die durch
4 bis 6 mesh sieve, 6 bis 8 mesh sieve oder 6 bis 14 mesh sieve hindurchpasst. Bei
dem bekannten Verfahren lag eine lineare Geschwindigkeit des Gases innerhalb eines
Bereiches von 0,2 bis 0,5 m/s. Währenddessen war in der vorliegenden Erfindung das
Adsorptionsmittel pulverförmig bis zu einer Teilchengrösse, die durch ein 185 mesh
sieve hindurch passte, und daher waren die äusseren Oberflächengrössen des Adsorptionsmittels
auf einen beträchtlichen Wert angestiegen, was gestattete, dass das Adsorptionsmittel
sogar bei einer linearen Gasgeschwindigkeit von 15 m/s mit dem Gas in engen Kontakt
kam.