DE2810937B2

DE2810937B2 - Hochtemperaturbeständiges Filtermaterial

Info

Publication number: DE2810937B2
Application number: DE19782810937
Authority: DE
Inventors: Heinz 4390 Gladbeck Hölter; Prof. Dr.-Ing. Ekkehard 4300 Essen Weber
Original assignee: INDUSTRIE-WERT BETEILIGUNGSGESELLSCHAFT MBH 6500 MAINZ DE
Current assignee: INDUSTRIE-WERT BETEILIGUNGSGESELLSCHAFT MBH 6500 MAINZ DE
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2810937A1

Description

ίο Die Erfindung betrifft ein hochtemperaturbeständiges Filtermaterial aus einem Nadelfilz, der keramische Fasern enthält.

Hochtemperaturbeständige Filtermaterialien werden zum Abscheiden von Feststoffen aus heißen Gasen oder

is heißen Gasgemischen benötigt Bei der Filtration von heißen Gasen spielen die Eigenschaften des verwendeten Filtermaterials eine trhebliche Rolle. Die chemische Zusammensetzung des Gases, die Gastemperatur, die Gasfeuchtigkeit und die Art und Korngrößenverteilung der anfallenden Feststoffe sind zu berücksichtigen. Das Filtermaterial soll die abzuscheidenden Feststoffe möglichst vollständig zurückhalten und dem Gas einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegensetzen. Außerdem soll das Filtermaterial widerstandsfähig gegen chemische Angriffe durch das Gas und die Begleitstoffe sein, es soll durch die abzuscheidenden Feststoffe nicht verstopfen und schließlich soll es eine ausreichende mechanische Festigkeit und Formbeständigkeit aufweisen, um nicht nur der Belastung beim

jo Filtrationsvorgang, sondern auch den meist wesentlich höheren mechanischen Belastungen beim Abreinigungsvorgang standhalten zu können.

Bei Verwendung von anorganischen Fasern für das Filtermaterial lassen sich höhere Betriebstemperaturen erreichen. So lassen sich Glasfasern bis zu etwa 300⁰C verwenden (DE-OS 22 32 785), jedoch ist Glas bei diesen Temperaturen chemisch leicht angreifbar. Asbestfasern können bei Temperaturen bis etwa 350" C verwendet werden, sie sind jedoch zur Filtration von atembarer Luft oder von Gasen, die in die Atmosphäre abgegeben werden, völlig ungeeignet, da die aus dem Filter mitgenommenen Asbestpartikel schwere Gesundheitsschäden hervorrufen. Allgemein werden mineralische Fasern zu einem Wirrfaservlies verarbeitet (DE-AS 19 12 628) oder durch gegenseitiges Ansintern zusammengehalten.

Es ist bekannt (VDI-Richtlinien Nr. 3677, Mai 1977), als Filtermaterialien natürliche und künstliche Textilfasern in Form von Geweben, Vliesen und Filzen zu verwenden. Filze können als Nadelfilze mit oder ohne Stützgewebe angewendet werden. Natürliche Textilfasern lassen sich jedoch nur bei Gastemperaturen bis etwa 130⁰C verwenden, und auch bei der Verwendung von Kunstfasern lassen sich Gastemperaturen von 250°C nicht überschreiten.

Für Gastemperaturen über 350⁰C bis etwa 600°C lassen sich Filter verwenden, die aus Metalldrähten bestehen, beispielsweise aus warmfesten Stahllegierungen oder Chrom-Nickel-Legierungen. Diese Filtermaterialien sind jedoch außerordentlich teuer und ihr hohes Gewicht macht es erforderlich, die Filtergehäuse, Abreinigungsvorrichtungen und dergleichen entsprechend schwer und kostspielig auszubilden. Außerdem sind aus Metalldrähten hergestellte Filtermaterialien

b5 zum Abscheiden von sehr feinkörnigen Fremdstoffen ungeeignet, da sie ein geringes Porenvolumen und große Porenweiten aufweisen. Während mit Filtermaterialien aus Textilfasern Porenweiten bis nahezu 0,6 um

erreicht werden können, haben Metallgewebe Porenweiten von mindestens 30 μηι. Es ist wohl möglich, diese Porenweiten durch Galvanisieren auf etwa 5 μηπ zu vermindern, jedoch ist diese Maßnahme kostspielig und beeinträchtigt die Hitzebeständigkeit.

Schließlich sind zur Filtration von Gasen bei Temperaturen bis zu etwa 1000⁰C Filtersteine bekannt, die jedoch wegen ihres hohen Gewichtes, der außerordentlich schlechten Abreinigungsmöglichkeit und ihres hohen Strömungswiderstandes zum Filtern großer Gasmengen völlig ungeeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial zu schaffen, das zur Abscheidung von Feststoffen aus Gasen oder Gasgemischen bei hohen Temperaturen geeignet ist, das dem Gas einen geringen Strömungswiderstand entgegensetzt, das sich leicht abreinigen läßt und hierzu eine ausreichende mechanische Festigkeit und Formbeständigkeit aufweist, das zur Aufnahme von großen Feststoffmengen ein großes Porenvolumen aufweist, das sich zur Abtrennung von außerordentlich feinkörnigen Feststoflpartikeln aus dem Gas eignet und das sich, nicht zuietzt wegen seines niedrigen Preises, zur Reinigung sehr großer Gasmengen eignet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fasern überwiegend aus Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid oder aus Aluminiumborsilikat bestehen.

Keramische Fasern, die an sich bekannt sind, besitzen verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeiten, so daß sie in Form von Vliesen oder Filzen den verhältnismäßig großen mechanischen Beanspruchungen, wie sie beim Reinigen großer Gasmengen und in besonderem Maße beim Abreinigen des Filtermaterials auftreten, nicht standhalten würden. Überraschenderweise lassen sich diese Fasern trotz ihrer schlechten mechanischen Eigenschaften zu Nadelfilzen verarbeiten und besitzen in dieser Form zur Filtration heißer Gase und zum Abscheiden von Feststoffen daraus hervorragende Eigenschaften, insbesondere eine hohe Formbeständigkeit.

Sie halten deshalb starken mechanischen Beanspruchungen, wie sie insbesondere beim Abreinigen des Filters auftreten, stand und bleiben lange gebrauchsfähig. Sie eignen sich zum Abscheiden auch sehr feinkörniger Feststoffe aus großen Gasmengen bei Temperaturen bis erheblich über 1000°C. Gegenüber Geweben besitzen sie ein ganz erheblich größeres Porenvolumen und eine erheblich größere Filtertiefe, was zu einer wesentlichen Verbesserung der Filtereigenschaften führt.

Als keramische Fasern können Fasern aus Tonerdesilikat verwendet werden, wobei vorzugsweise das Tonerdesilikat 42 bis 64% AI₂O₃ und 36 bis 58% SiO₂ enthält und außerdem Bor, Natrium, Magnesium, Kalium, Titan, Chrom, Eisen und/oder Nickel bzw. deren Verbindungen enthalten kann. Besonders gut geeignet ist ein Tonerdesilikat, das ca. 52% AI₂O₃, ca. 47% SiO₂, ca. 0,3% NaA ca. 0,15% B₂O₃ und ca. 0,02% Fe₂O₃ enthält.

Gut geeignet sind Fasern, die ca. 95% AI₂O₃ und ca. 5% SiO₂ enthalten, und die außerdem Spuren von Eisen, Chrom, Nickel, Natrium, Magnesium, Kalzium und/oder Chlor bzw. von deren Verbindungen enthalten können.

Ebenfalls geeignet sind Fasern, die vorwiegend aus Siliziumdioxyd (SiO₂) bestehen, wobei Fasern, die ca. 99% SiO₂ und ca. 1% Cr₂O₃ enthalten, besonders gut geeignet sind.

Wenn das Filtermaterial beim Abreinigen durch ruckartige Bewegungen starken Beschleunigungs- und Verzögerungskräften unverworfen wird, und/oder wenn das Abreinigen pneumatisch unter höherem Druck erfolgt, kann speziell bei großflächigen Filtern eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Filtermaterials erforderlich sein.

Dies geschieht dadurch, daß der Nadelfilz ein

Stützgewebe enthält. Durch diese Armierung können die mechanischen Eigenschaften des Filtermaterials

ίο erheblich verbessert und seine Dimensionsstabilität erheblich erhöht werden.

Als Fasermaterial für die Fäden des Stützgewebes eignen sich Siliziumdioxyd (SiO₂), insbesondere ein Material, das etwa 99% SiO₂ und etwa 1 % Cr₂O₃ enthält, is Aluminiumborsilikat, Fäden aus hitze- und korrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Legierungen, die zusätzlich Eisen, Mangan, Titan, Niob, Tantal, Kupfer, Kobalt, Kohlenstoff und/oder Silizium enthalten können, Fäden aus warmfesten Stahllegierungen, die zusätzlich zunderunJ korrosionsbeständige Eigenschaften aufweisen können. Fäden aus Titan oder Titanlegierungen und schließlich, wenn eine reduzierende Atmosphäre vorhanden ist, Fäden oder Fasern aus Kohlenstoff.

Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschäften des Filtermaterials kann dadurch erreicht we^rden, daß es auf der Gasanström- und/oder Gasabströmseite mit Stützgewebe belegt wird. Hierdurch kann auch den Einwirkungen von Druckstößen, die beim Abreinigen auftreten können, entgegengewirkt jo werden. Dieses Stützgewebe kann eine verhältnismäßig große Maschenweite aufweisen.

Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele von Filtermateri&lien gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht (inen Ausschnitt aus dem als Nadelfilz ausgebildeter platten- oder bahnförmigen Filtermaterial ohne und

F i g. 2 mit Stützgewebe zeigen.

Die Fasern des in F i g. 1 dargestellten Filtermaterials haben einen Durchmesser von etwa 3 bis 3,5 μηι und folgende Zusammensetzung:

AI₂O₃	50 bis 55%
SiO₂	42 bis 46%
Fe₂O₃	0,3 bis 1,5%
TiO₂	0,1 bis 0,4%
Na₂O/K₂O	0,5 bis 1,5%
B₂O₃	0,1 bis 0,3%
MgO	Spuren.

Zur Herstellung des Filtermaterials diente ein Faservlies, das durch Nadeln zu Nadelfilz verarbeitet worden ist. Das Nadeln ist ein aus der Textilindustrie bekanntes Verfahren, bei dem das Faservlies mittels mit Widerhaken versehenen dünnen Nadeln bei einer hohen Stichzahl pro Flächeneinheit durchstochen wird, wodurch eine Umorientierung der Fasern und eine Verfestigung des Vlieses erfolgt. Auf das Nadeln können Ausrüstungs- und Oberflächenbearbeitungsvorgänge folgen, wie sie im Prinzip ebenfalls aus der Textilindustrie bekannt sind.

Das auf diese Weise hergestellte Filtermaterial kann bei Gastemperaturen bis zu 1260°C verwendet werden. Pas in Fig.2 dargestellte Filtermaterial besitzt in seinem Inneren ein zur Armierung dienendes Stützge-

b5 webe, dessen Fäden mit 1 und 2 bezeichnet sind.

Die den Filz bildenden Fasern 3 haben einen mittleren Durchmesser von 3 μιτι und bestehen aus etwa 95% AbOj sowie etwa 5% SiO₂ und enthalten Spuren von

Eisen, Chrom, Nickel, Natrium, Magnesium, Kalzium und Chlorid.

Die Fäden 1 und 2 des Stützgewebes bestehen aus einem Fasermaterial, das entweder aus etwa 99% S1O2 und etwa 1 % C^Oj oder aus Kohlenstoff besteht.

Im ersteren Falle ist das Filtermaterial bei Gastemperaturen bis zu HOO⁰C, im zweiten Falle, allerdings nur in reduzierender Atmosphäre, bei Gastemperaturen bis zu 1600⁰C verwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochtemperaturbeständiges Filtermaterial aus einem Nadelfilz, der keramische Fasern enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern überwiegend aus Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid oder aus Aluminiumborsilikat bestehen.

2. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Tonerdesilikat bestehen, das 42-64% Al₂O₃ und 36-58% SiO₂ enthält.

3. Filtermaterial nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerdesilikat Bor, Natrium, Magnesium, Kalium, Titan, Chrom, Eisen und/oder Nickel bzw. deren Verbindungen enthält.

*. Filtermaterial nach den Ansprüchen 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerdesilikat ca. 52% AI₂Oj, ca. 47% SiO₂, ca. 0,3% Na₂O, ca. 0,15% B₂O₃ und ca. 0,02% Fe₂O₃ enthält.

5. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern ca. 95% AI₂O₃ und ca. 5% SiO₂ enthalten.

6. Filtermaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Spuren von Eisen, Chrom, Nickel, Natrium, Magnesium, Kalzium und/oder Chlor bzw. von deren Verbindungen enthalten.

7. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern ca. 99% SiO₂ und ca. 1% Cr₂O₃ enthalten.

8. Filtermaterial nach den Ansprüchen 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelfilz ein Gemisch von zwei oder mehr der genannten Fasern enthält.

9. Filtermaterial nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser von mehr als 2 μπι aufweisen.

10. Filtermaterial nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelfilz ein Stützgewebe enthält.

11. Filtermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Stützgewebes vorwiegend aus Siliziumdioxyd (SiO₂) bestehen.

12. Filtermaterial nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Stützgewebes etwa 99% SiO₂ und etwa 1 % Cr₂O₃ enthalten.

13. Filtermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Stützgewebes aus Aluminiumborsilikat bestehen.

14. Filtermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden des Stützgewebes aus einer hitze- und korrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Legierung bestehen, die zusätzlich Eisen, Mangan, Titan, Niob, Tantal, Kupfer, Kobalt, Kohlenstoff und/oder Silizium enthalten kann.

15. Filtermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden des Stützgewebes aus einer warmfesten Stahlltgierung bestehen.

16. Filtermaterial nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung zunder- und/oder korrosionsbeständig ist.

17. Filtermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden des Stützgewebes aus Titan oder einer Titanlegierung besiehen.

18. Filtermaterial nach Anspruch 10, dadurch eekennzeichnet. daß die Fäden oder Fasern des

Stützgewebes aus Kohlenstoff bestehen.

19. Filtermaterial nach den Ansprüchen 1 — 18, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der Gasanströmseite und/oder Gasabströmseite mit Stützgewebe belegt ist.