DE3515207C2 - Molekularsieb zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Molekularsieb zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff und ins­ besondere ein Molekularsieb, das aus Kohlefasern besteht, die ein hochreines Stickstoffgas von Luft abtrennen und reinigen können.

In der Industrie werden große Stickstoffgasmengen dazu be­ nutzt, in Heizöfen usw. Inertatmosphären zu erzeugen. Es ist bekannt, Stickstoffgas dadurch zu erzeugen, daß Luft ver­ flüssigt wird und das Stickstoffgas von der flüssigen Luft unter Ausnutzung des Unterschiedes in der Verflüssigungs­ temperatur fraktioniert destilliert wird. Das durch die Ver­ flüssigung und die fraktionierte Destillation der Luft er­ zeugte Stickstoffgas ist jedoch mit relativ hohen Kosten ver­ bunden.

Es ist gleichfalls eine Stickstoffgas erzeugende Vorrichtung bekannt, die ein anorganisches Material der Zeolithreihe ver­ wendet, bei einer derartigen Vorrichtung ist jedoch eine Trocknungseinrichtung in der Stufe vor der adsorbierenden Säule aufgrund der hohen Wasseradsorption des Zeolith er­ forderlich, was zu hohen Kosten der Vorrichtung führt.

Stickstoffgasgeneratoren, die Molekularsiebe verwenden, sind gleichfalls käuflich erhältlich. Die Stickstoffgaserzeugung mit Molekularsieben erlaubt es, Stickstoffgas in großen Mengen und mit sehr niedrigen Kosten im Vergleich mit der Stickstoffgaserzeugung durch Verflüssigung und fraktionelle Destillation der Luft zu erzeugen.

Ein typisches Molekularsiebmaterial, das in käuflich er­ hältlichen Stickstoffgasgeneratoren verwandt wird, ist der sogenannte Molekularsiebkohlenstoff, ein teilchenförmiges Kohlenstoffmaterial. Es sind verschiedene Verfahren ent­ wickelt worden, um einen derartigen teilchenförmigen Molekularsiebkohlenstoff herzustellen. Bei einem Verfahren wird ein Harzrohmaterial der Phenol- oder Furanreihe an den Oberflächen eines porösen Kohlenstoffadsorptionsmittels ad­ sorbiert und anschließend polymerisiert und/oder kondensiert. Anschließend wird eine Karbonisierung durchgeführt, um im Adsorptionsmittel eine feinporöse Struktur zu bilden (JP-OS 49-37036). Bei einem anderen Verfahren wird ein Kohlenwasserstoff, der durch thermische Zersetzung Kohlen­ stoff liefert, Koks zugegeben, der anschließend wärmebe­ handelt wird, um Kohlenstoff in den feinen Poren des Koks niederzuschlagen (JP-OS 52-18675). Bei noch einem weiteren Verfahren wird ein organisches Material, das bei Raum­ temperatur klebrig ist, mit feinen Holzkohleteilchen ver­ mischt und anschließend granuliert und karbonisiert (JP-OS 57-175715).

Die Porengröße der feinen Poren eines Stickstoff und Sauer­ stoff trennenden Molekularsiebs muß jedoch innerhalb eines Bereiches von 0,35 nm bis 0,5 nm gesteuert sein. Alle Verfahren zum Herstellen von Stickstoff und Sauerstoff trennenden Molekularsieben aus teilchenförmigem Kohlenstoff machen da­ her sehr komplizierte und hochgenau gesteuerte Arbeitsvor­ gänge notwendig.

Aufgrund der den Rohmaterialien aus porösem teilchenförmigem Kohlenstoff eigenen Eigenschaften haben die Molekularsieb­ kohlenstoffteilchen eine Struktur aus feinen Poren, die in Fig. 1 dargestellt ist und Makroporen 1 mit großer Poren­ größe, Übergangsporen 2 mit einer Zwischenporengröße und Mikroporen 3 mit der feinsten Porengröße umfaßt, die fort­ laufend von der Oberfläche ins Innere der Kohlenstoffteil­ chen verlaufen. Wirksame Mikroporen 3 mit einer Porengröße von 0,35 nm bis 0,5 nm werden daher nur im Inneren der Teil­ chen gebildet. Es sind daher ein relativ hoher Adsorptions­ druck und ein relativ hohes Deadsorptionsvakuum für die Druckschwingadsorption in einem Stickstoffgenerator er­ forderlich. Der hohe Adsorptionsdruck und das hohe De­ adsorptionsvakuum machen mit hohen Kosten verbundene Vakuum­ pumpen und andere Vorrichtungen erforderlich. Ein hoher Adsorptionsdruck und/oder ein hohes Deadsorptionsvakuum kann weiterhin Molekularsiebkohlenstoffteilchen aufgrund der mechanisch schwachen Porenstruktur der Molekularsiebkohlen­ stoffteilchen teilen oder pulverisieren.

Molekularsiebkohlenstoffteilchen haben weiterhin einen relativ kleinen wirksamen geometrischen Flächenbereich, was die Größe des Stickstoffgenerators erhöht.

Es ist gleichfalls ein Verfahren zum Herstellen eines Molekularsiebs in Form von Fasern, d. h. zum Herstellen von Molekularsiebkohlenstoffasern entwickelt worden (JP-OS 57-101024). Bei diesem Verfahren wird ein von Kohle de­ polymerisiertes Material, das nach einem speziellen Verfahren hergestellt wird, schmelzversponnen und anschließend un­ schmelzbar gemacht und leicht karbonisiert und aktiviert. Dieses Verfahren benötigt jedoch ein spezielles Rohmaterial zum Verspinnen und kann, was noch wichtiger ist, keine Kohlefasern mit einer engen Verteilung der Porengröße im Bereich von 0,35 bis 0,5 nm mit einem großen wirksamen Feinporenvolumen erzeugen. Es aktiviert die Kohlenfasern von außen mit Dampf usw. Dampf bei einer niedrigen Temperatur von 650°C bis 700°C ist jedoch für die Aktivierung nicht wirksam. Selbst wenn daher wirksame Feinporen mit einer Porengröße von 0,35 bis 0,5 nm gebildet werden können, ist deren Anzahl gering. Eine Aktivierung bei höherer Temperatur, um das Volumen der Poren zu erhöhen, führt zu zu großen Porengrößen von mehr als 0,5 nm. Die Steuerung der Aktivierung ist daher extrem schwierig oder unmöglich. In jedem Fall reicht die Aktivierung der Fasern von außen nicht aus, um Molekularsiebkohlenstoffasern zu liefern, die für die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff wirksam sind. Die Beispiele oder die anderen Teile der oben angegebenen JP-OS beschreiben oder erwähnen daher auch nur die Trennung zwischen Benzol und Zyklohexan und nicht zwischen Stick­ stoff und Sauerstoff.

Aus der US-PS 4,197,283 ist ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff- oder Graphitfasern aus Petrolpech bekannt, wobei die Karbonisierung durch Erhitzen auf eine Temperatur von 1000°C und die Graphitbildung durch Erhitzen auf etwa 2500°C ausgeführt wird. Durch derartige Temperaturen ergeben sich keine Mikroporen auf der Oberfläche der Fasern.

Durch die Erfindung soll ein Molekularsieb zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff geschaffen werden, das hochreines Stickstoffgas abtrennen und reinigen kann.

Durch die Erfindung soll insbesondere ein Molekularsieb zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff geschaffen werden, das hochreines Stickstoffgas unter relativ niedrigem Adsorptionsdruck und Deadsorptionsvakuum abtrennen und reinigen kann. Es soll auch keine Gefahr bestehen, daß das Molekularsieb zerteilt oder pulverisiert wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Molekularsieb, das Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser im Bereich von 5 bis 50 µm und einer großen Anzahl von Mikroporen enthält, die direkt an der Oberfläche der Kohlenfasern münden und eine Porengröße von 0,35 bis 0,5 nm haben.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung be­ sonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in einer Teilschnittansicht eines teilchen­ förmigen Molekularsiebkohlenstoffs dessen Porenstruktur,

Fig. 2a und 2b eine Seitenansicht und eine Teilschnittan­ sicht einer Molekularsiebkohlenstoffaser, wobei letztere die Porenstruktur der Kohlen­ stoffaser gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 3 die Adsorptionskennlinien von Molekularsieb­ kohlenstoffasern und

Fig. 4 und 5 die Adsorptionsdruck-und Deadsorptions­ vakuumkennlinien von Molekularsieben gemäß der Erfindung und gemäß des Standes der Technik.

Während der genaue Reinheitsgrad von Stickstoffgas, das in großen Mengen in der Industrie, beispielsweise für die Wärmebehandlung verwandt wird, von dem jeweiligen Anwendungs­ zweck abhängt, ist es für das Abtrennen und Reinigen von hochreinem Stickstoffgas aus einem Gasgemisch, das Stick­ stoff und Sauerstoff enthält, wie beispielsweise aus Luft, erforderlich, daß das Molekularsiebkohlenstoffmaterial feine Poren mit einer Porengröße im Bereich von 0,35 nm bis 0,5 nm, insbesondere in der Nähe von 0,4 nm hat, da die Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle in ihrer Größe sehr nahe beieinander liegen. Im allgemeinen sind die Stickstoffmoleküle höchstens 0,41 und wenigstens 0,30 nm lang, während die Sauerstoffmoleküle höchstens 0,38 und wenigstens 0,28 nm lang sind. Bekannte Verfahren zum Herstellen von teilchenförmigem Molekularsiebkohlenstoff können diese enge Verteilung der Feinporengröße nicht er­ reichen, da in der oben beschriebenen Weise teilchenförmige Molekularsiebkohlenstoffe eine breite Verteilung der Poren­ größen von Makroporen bis zu Mikroporen haben und die wirk­ samen Mikroporen mit einer Porengröße von 0,35 bis 0,5 nm nur im Inneren der Kohlenstoffteilchen gebildet werden.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß Kohlenstoffasern mit Mikroporen und einer engen Verteilung der Porengröße da­ durch hergestellt werden, daß gewisse Materialarten in die Rohfasern nach dem Spinnen eingeführt werden, und an­ schließend die Fasern bei einer relativ niedrigen Temperatur karbonisiert werden. Fig. 2a zeigt eine Kohlenstoffaser 4 und Fig. 2b zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht den von einem Kreis in Fig. 2a umgebenen Teil der Kohlenstoff­ faser 4. Wie es in Fig. 2b dargestellt ist, weist die nach diesem Verfahren hergestellte Kohlenstoffaser Mikroporen 5 auf, die direkt an der Oberfläche der Kohlenstoffaser münden, so daß Mikroporen an der Oberfläche der Kohlenstoffaser ohne Makroporen oder Übergangsporen gebildet sind. Gemäß der Erfindung werden derartige Kohlenstoffasern für Molekular­ siebe zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff verwandt.

Die Molekularsiebkohlenstoffasern zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff gemäß der Erfindung haben viele Vorteile.

Diese Kohlenstoffasern haben eine enge Verteilung der Poren­ größe im Bereich von 0,35 bis 0,5 nm und sogar in der Nähe von 0,4 nm aufgrund der Eigenschaften der Kohlenstoffasern, der Kristallinität und der Orientierung der Moleküle. Kohlenstoffasern haben einen großen wirksamen geometrischen Flächenbereich zum Bilden der gewünschten Mikroporen. Mikroporen mit der ge­ wünschten Porengröße werden direkt an der Oberfläche der Kohlenstoffasern gebildet, ohne daß Makroporen oder Über­ gangsporen ausgebildet werden. Diese Eigenschaft ermöglicht die Trennung und Reinigung von Stickstoff aus Luft usw. mit einem Reinheitsgehalt von 98 Mol% oder mehr, insbesondere von 99 Mol% oder mehr, und sogar 99,9 Mol% oder mehr. Dieser hohe Reinheitsgrad des Stickstoffgases kann durch Kohlen­ stoffasern, die nach den bekannten Verfahren aktiviert werden, nicht erzielt werden.

Wie es oben angegeben wurde, haben die Kohlenstoffasern einen großen wirksamen geometrischen Oberflächenbereich zum Bilden der gewünschten Mikroporen, wobei diese Mikro­ poren direkt an der Oberfläche der Kohlenstoffasern ohne Makroporen oder Übergangsporen ausgebildet werden. Das hat zur Folge, daß ein relativ niedriger Adsorptionsdruck und ein relativ niedriges Deadsorptionsvakuum, verglichen mit den teilchenförmigen Molekularsiebkohlenstoffen, verwandt werden können. Das ist vorteilhaft, da relativ einfache und mit ge­ ringen Kosten verbundene Vakuumpumpen und andere Einrich­ tungen benutzt werden können.

Das Fehlen von Makroporen und Übergangsporen und der relativ niedrige Adsorptionsdruck sowie das relativ niedrige De­ adsorptionsvakuum neben der hohen mechanischen Festigkeit und Biegsamkeit von Kohlenstoffasern verhindern weiterhin, daß die Molekularsiebkohlenstoffe zerteilt oder pulverisiert werden, was bei teilchenförmigen Molekularsiebkohlenstoffen der Fall ist.

Die Molekularsiebkohlenstoffasern können verglichen mit den Verfahren zum Herstellen von teilchenförmigen Molekular­ siebkohlenstoffen durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden.

Die Molekularsiebkohlenstoffasern erlauben die Erzeugung von hochreinem Stickstoffgas in großen Mengen mit beträcht­ lich niedrigeren Kosten, verglichen mit dem Verfahren der Verflüssigung und fraktionellen Destillation der Luft. Ein Kilogramm Molekularsiebkohlenstoffasern gemäß der Erfindung kann beispielsweise ein Liter hochreines Stickstoffgas mit einem Reinheitsgrad von beispielsweise 99,9 Mol% pro Minute aus Luft erzeugen.

Die Molekularsiebkohlenstoffasern gemäß der Erfindung zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff können in der folgen­ den Weise hergestellt werden.

Zunächst werden Rohfasern aus einem organischen Material, wie beispielsweise Öl oder Kohlerückständen, beispielsweise aus Pech oder Kohleteer von der Rohöldestillation oder der Trockendestillation von Kohle, gesponnen. Es kann ein her­ kömmliches Spinnverfahren, im typischen Fall das Schmelz­ spinnen verwandt werden. Der Durchmesser der gesponnenen Rohfasern liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 µm. Wenn der Durchmesser der Fasern zu groß ist, verlieren die Fasern ihre Flexibilität und werden die Fasern brüchig. Wenn er zu klein ist, werden die Fasern unhandlich. Die Länge der Rohfasern ist nicht in irgendeiner Weise speziell be­ grenzt.

Ein Material, das aus den Fasern während der Karbonisierung ausgetrieben werden kann, wie beispielsweise Sauerstoff oder Ozon, wird in die Rohfasern eingeleitet. Dieses Einleiten kann leicht dadurch erfolgen, daß die Rohfasern in einer Atmosphäre erwärmt werden, die das einzuleitende Material enthält. Das Erwärmen in Luft ist am zweckmäßigsten. Es kann beispielsweise ein Erwärmen in Luft bei einer Temperatur im Bereich von 250°C bis 450°C für ein Zeitintervall von einigen Minuten bis einigen Stunden oder ein Erwärmen in einer Ozonatmosphäre bei einer Temperatur von 50°C bis 160°C für ein Zeitintervall im Bereich von einigen Minuten bis einigen Stunden verwandt werden. Die Fasern enthalten vor­ zugsweise 8 bis 28 Gew.-% Sauerstoff am Gesamtgewicht der Fasern nach dieser Behandlung.

Diese Behandlung führt eine höhere Sauerstoffmenge ein als es beim Unschmelzbarmachen bei der üblichen Herstellung von Kohlenstoffasern der Fall ist. Das Unschmelzbarmachen ist nur notwendig, um ein Schmelzen der Rohfasern während der Karbonisierung zu verhindern. Es ist gleichfalls nicht daran gedacht, daß die Endkohlenstoffasern Poren haben. Daher wird eine relativ leichte Unschmelzbarkeitsbehandlung durchge­ führt. Im Gegensatz dazu wird bei der Herstellung von Molekularsiebkohlenstoffasern eine stärkere Behandlung als das Unschmelzbarmachen ausgeführt, um Sauerstoff usw. in die Fasern zum späteren Austreiben aus den Fasern einzu­ führen und dadurch eine große Anzahl von Mikroporen zu bilden. Das hat zur Folge, daß bei der Einführungsbehandlung vorzugsweise eine höhere Temperatur als beim Unschmelzbar­ machen verwandt wird.

Schließlich werden die Rohfasern karbonisiert. Diese Karbonisierung bildet Mikroporen an der Oberfläche der Fasern durch Heraustreiben des vorher eingeführten Materials und gibt den Fasern eine bestimmte Festigkeit. Der in die Fasern eingeführte Sauerstoff wird in Form von CO, CO₂ usw. ausgegeben. Diese Behandlung, d. h. die Karbonisierung, ist eher so ausgelegt, daß sie die gewünschten Mikroporen bildet als die Fasern karbonisiert. Eine niedrigere Temperatur liefert feinere Poren und eine höhere Temperatur gröbere Poren. Eine Temperatur im Bereich von 500°C bis 750°C ist bevorzugt. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs sollte gering sein und beispielsweise bei 10°C/min oder darunter liegen.

Diese Karbonisierung wird in einer für das Kohlenstoffaser­ material bei der Behandlungstemperatur inerten Atmosphäre durchgeführt. Im allgemeinen wird ein Inertgas wie Argon oder Stickstoff bei der Karbonisierung bei der üblichen Kohlenstoffaserherstellung benutzt. Es kann jedoch ein Ver­ brennungsgas, d. h. ein Gasgemisch aus Dampf, Kohlendioxid und Stickstoff, verwandt werden, wenn die Behandlungstemperatur unter etwa 700°C liegt. Das ist insofern vorteilhaft, da Verbrennungsgas billiger als ein Inertgas ist.

Es ist daher möglich, viele Mikroporen, d. h. ein aus­ reichendes wirksames Volumen an Mikroporen mit einer Poren­ größe von 0,35 bis 0,5 nm an der Oberfläche der Kohlen­ stoffasern dadurch zu erzeugen, daß die Menge an Sauer­ stoff usw., die in die Rohfasern eingeführt wird, und die Temperatur der Karbonisierung gesteuert werden. Die Mikro­ poren werden direkt an der Oberfläche der Fasern aufgrund der Kristallinität und der Orientierung der Moleküle der Fasern ausgebildet, die für die Fasern charakteristisch sind.

Beispiel 1

Rohfasern wurden in herkömmlichen Verfahren aus Pech schmelz­ gesponnen, das als Rückstand des Heißcrackens von Naphta erzeugt wird. Rohfasern mit einem Durchmesser von 10 µm bis 12 µm wurden an Luft mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 2°C/min erwärmt und auf 300°C 2 Stunden lang gehalten. Die sich ergebenden Fasern ent­ hielten 12,1 Gew.-% Sauerstoff am Gesamtgewicht der Fasern. Die Fasern wurden in einer Inertatmosphäre (N₂) mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 2°C/min auf 690°C erwärmt, 10 min lang bei 690°C gehalten und an­ schließend abgekühlt. In dieser Weise wurden Molekularsieb­ kohlenstoffasern erhalten.

Beispiel 2

Die gleichen Rohfasern wie beim Beispiel 1 wurden in Luft mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 2°C/min auf 270°C erwärmt und 2 Stunden lang auf 270°C ge­ halten. Die Temperatur wurde dann weiter mit einer Geschwin­ digkeit von 3°C/min auf 420°C erhöht und 5 min lang auf 420°C gehalten. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Sauerstoff­ gehalt 20,7 Gew.-%. Die Fasern wurden in einer Inertatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 4°C/min erwärmt und auf 600°C 1 Stunde lang gehalten.

Beispiel 3

Rohfasern wurden aus Pech nach dem Zentrifugenspinnverfahren gesponnen, das von der Wärmebehandlung von Kohleteer er­ halten wurde. Die Fasern wurden in Luft mit einer Geschwin­ digkeit von 2°C/min erwärmt und 1,5 Stunden lang auf 300°C gehalten. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Sauerstoffgehalt 13,2 Gew.-%. Die Fasern wurden in einer Inertatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 4°C/min erwärmt und 1 Stunde lang auf 680°C gehalten.

Beispiel 4

Die gleichen Rohfasern wie beim Beispiel 1 wurden 30 min lang auf 70°C in einer Atmosphäre behandelt, die 1000 ppm Ozon enthielt, und anschließend in Luft mit einer Geschwin­ digkeit von 10°C/min auf 400°C erwärmt. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Sauerstoffgehalt 19,8 Gew.-%. Die Fasern wurden dann in einer Inertatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 4°C/min erwärmt und 1 Stunde lang auf 610°C gehalten.

Um die Größe der feinen Poren der Molekularsiebkohlenstoff­ fasern des Beispiels 1 zu untersuchen, wurden die Adsorptions­ isothermen mit Kohlendioxid, n-Butan und Isobutan bei 25°C bestimmt. Die kleinste Größe der Moleküle des Kohlendioxids beträgt 0,33 nm, die des n-Butans 0,43 nm und die des iso-Butans 0,50 nm. Die sich ergebenden Adsorptionsisothermen sind in Fig. 3 dargestellt. Wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist, wurde Kohlendioxid (0,33 nm) und n-Butan (0,43 nm) in großen Mengen adsorbiert, während iso-Butan (0,50 nm) im wesentlichen nicht adsorbiert wurde. Die Molekularsieb­ kohlenstoffasern der Beispiele 2 und 4 lieferten ähnliche Ergebnisse, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind.

Es wurde daher bestätigt, daß die Molekularsiebkohlenstoff­ fasern der Beispiele 1 bis 4 viele Mikroporen mit einer Größe von 0,5 nm oder weniger und im wesentlichen keine Poren mit einer Größe von mehr als 0,5 nm haben.

Das Sauerstoff-Stickstoff-Trennvermögen der Molekularsieb­ kohlenstoffasern des Beispiels 1 wurde unter Verwendung des Druckschwingadsorptionsverfahrens geprüft. Die benutzte Vorrichtung enthielt zwei parallele Adsorptionssäulen mit einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 110 mm, die mit Molekularsiebkohlenstoffasern gefüllt waren, eine Einrichtung zum Zuführen von Luft zu den Adsorptionssäulen, eine Unterdruckpumpe zum Evakuieren der Adsorptionssäulen und Solenoidventile am Einlaß und am Auslaß der Adsorptions­ säulen. Luft wurde einer der beiden Säulen zugeführt, um den Sauerstoff aus der Luft zu adsorbieren und gereinigtes Stickstoffgas zu erzeugen, während die andere Säule evakuiert wurde, um den Sauerstoff zu deadsorbieren, der von den Kohlenstoffasern in einer vorhergehenden Adsorptions­ stufe adsorbiert wurde. Die Ventile wurden automatisch über einen Zeitgeber so umgeschaltet, daß das Adsorbieren und Deadsorbieren abwechselnd in den beiden Säulen und immer zu festen Zeitintervallen ausgeführt wurden. Der Auslaß der Säulen war mit einem Regelventil zum Steuern des Durch­ satzes des Gases auf 100 ml/min und mit einem Analysator versehen, um fortlaufend die Sauerstoffkonzentration zu be­ stimmen.

Bei der Untersuchung wurde der Adsorptionsdruck bei festem Deadsorptionsvakuum (1,33·10⁴Pa) variiert, das vor jeder Adsorption benutzt wurde. Das Deadsorptionsvakuum wurde mit einem festen Adsorptionsdruck (19,6·10⁴Pa) variiert, der nach jeder Deadsorption verwandt wurde.

Die Ergebnisse sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt. In den Fig. 4 und 5 sind zum Vergleich auch Ergebnisse aus ähnlichen Untersuchungen aufgeführt, die an teilchenförmigen Molekular­ siebkohlenstoffen durchgeführt wurden.

Aus den Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, daß die erfindungsge­ mäßen Molekularsiebkohlenstoffasern Stickstoff mit dem ge­ wünschten Reinheitsgrad bei einem niedrigeren Adsorptions­ druck und bei einem niedrigeren Deadsorptionsvakuum ab­ trennen und reinigen können, als es bei teilchenförmigem Molekularsiebkohlenstoff der Fall ist. Die Molekularsieb­ kohlenstoffasern, die einfach in die Säulen gefüllt waren, machten ein ausgezeichnetes Trennen und Reinigen des Stick­ stoffes über ein langes Zeitintervall ohne Beeinträchtigung der Funktion und ohne Teilen oder Pulverisieren der Kohlenstoff­ fasern möglich.

Da die teilchenförmigen Molekularsiebkohlenstoffe während der Arbeit des Molekularsiebes zerteilt oder pulverisiert werden, müssen sie in spezieller Weise mit speziellen Maßnahmen in die Adsorptionssäulen gefüllt werden. Diese speziellen Maßnahmen sind bei Molekularsiebkohlenstoffasern gemäß der Erfindung nicht erforderlich.

Bekannte Kohlenstoffasern, die dadurch hergestellt werden, daß Kohlenstoffasern nach ihrer Karbonisierung aktiviert werden, können keine Molekularsiebe zum Trennen und Reinigen von Stickstoff aus Luft usw., insbesondere mit der hohen Reinheit liefern, die durch die erfindungsgemäßen Molekular­ siebkohlenstoffasern erzielt wird.

Die erfindungsgemäßen Molekularsiebkohlenstoffasern zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff können auch zum Trennen und Reinigen von Sauerstoffgas verwandt werden.

Claims (4)

1. Molekularsieb zum Trennen von Stickstoff und Sauerstoff, gekennzeichnet durch Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser im Bereich von 5 µm bis 50 µm und mit einer hohen Anzahl von Mikroporen, die direkt an der Oberfläche der Kohlenstoffasern münden und eine Porengröße von 0,35 bis 0,5 nm haben.

2. Molekularsieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Kohlendioxid oder n-Butan, jedoch kein iso-Butan adsorbiert.

3. Molekularsieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffasern von Kohle- oder Ölrückständen abgeleitet werden.

4. Molekularsieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffasern aus Pech abgeleitet sind, das durch die Rückstände des Wärmecrackens von Naphta er­ zeugt wird.