DE3617463A1

DE3617463A1 - Process for modifying fibre webs composed of oxidic materials for use in dust collection from gases

Info

Publication number: DE3617463A1
Application number: DE19863617463
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Weber; Kurt Huebner; Reinhard Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1987-11-26

Abstract

For the dust collection from gases there is proposed a process for chemically modifying fibre webs composed of oxidic materials. An acid and thermal treatment and also an aftertreatment with liquids which contain Al, B and/or Si compounds make it possible to modify individual fibres and the pore texture of the fibre webs in such a way that depth filtration can be suppressed in favour of surface filtration. This makes it possible to very substantially prevent an irreversible pressure loss increase during the filtration due to blinding of the filter web.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein naßchemisches Verfahren mit anschließender Wärmebehandlung zur Stabilisierung des Druckverlustes von Faservlieselementen.The invention relates to a wet chemical process with subsequent heat treatment to stabilize the Pressure loss of nonwoven elements.

Es ist allgemein bekannt, daß Vliese zur Staubabscheidung als Filtrationsmedien verwendbar sind. Unter Vliesen werden hier irgendwie geformte Matten, Rohre, Schläuche und andere Verarbeitungsformen verstanden, die weitgehend aus unge ordneten Fasern unterschiedlicher Längen und Formen aufge baut sind. Beispiele für Vliese sind unter anderem vakuum geformte Faserelemente. Die Fasern bestehen bei Vliesen zum Beispiel aus oxidischen Materialien wie Gemischen von Alu miniumoxid, Siliziumoxid und Boroxid oder auch aus einzelnen Komponenten bestimmter chemischer Zusammensetzung. Ausgehend vom Faserrohmaterial enthalten sie außerdem geringe Beimengungen von Oxiden anderer Kationen wie Eisen, Alkalien und Erdalkalien.It is generally known that fleeces for dust separation can be used as filtration media. Be under fleeces here somehow shaped mats, pipes, hoses and others Forms of processing understood, largely from unsung arranged fibers of different lengths and shapes are building. Examples of nonwovens include vacuum shaped fiber elements. With nonwovens, the fibers consist of Example from oxidic materials such as mixtures of aluminum minium oxide, silicon oxide and boron oxide or from individual Components of certain chemical composition. Based on the raw fiber material, they also contain minor amounts Admixtures of oxides of other cations such as iron, alkalis and alkaline earths.

In der Patentanmeldung P 34 09 240.4 werden beispielsweise aus vorgenannten Fasern hergestellte vakuumgeformte Faser elemente beschrieben, die prinzipiell zur weitestgehenden Feststoffabscheidung aus Gasen bei Filtertemperaturen bis 1250°C geeignet sind. Bei Langzeitversuchen über mehrere tausend Stunden hat sich allerdings gezeigt, daß bei diesen Faservliesen - untersucht wurden vor allem vakuumgeformte Faserelemente - neben einer Oberflächenfiltration in zuneh mendem Maße eine Tiefenfiltration auftritt. Dadurch setzen sich im Verlauf der Zeit die freien Poren im Faservlies zu, was sich durch ansteigenden Druckverlust und abnehmendem Gas durchsatz bemerkbar macht. Beispielsweise steigt der blei bende Druckverlust bei einem ca. 1 cm starken Faservlies, ausgeführt als vakuumgeformtes Faserelement gegenüber dem Anfangsdruckverlust des neuen unbeaufschlagten Vlieses bei der Verwendung als Staubabscheider hinter Feuerungen nach 100 Betriebsstunden um 10-30%, nach 500 Betriebsstunden um 70-100%, nach 1000 Betriebsstunden um 150-200% und nach 2000 Betriebsstunden um bis zu 300% ohne daß ein Ende des Druckverlustanstieges abzusehen ist.In patent application P 34 09 240.4 vacuum-formed fiber elements are described, for example, made from the aforementioned fibers, which are suitable in principle for the greatest possible solids separation from gases at filter temperatures up to 1250 ° C. In long-term tests over several thousand hours, however, it has been shown that in these nonwovens - in particular vacuum-formed fiber elements were examined - in addition to surface filtration, depth filtration increasingly occurs. As a result, the free pores in the fiber fleece become clogged over time, which is noticeable by increasing pressure loss and decreasing gas throughput. For example, the remaining pressure loss with an approx. 1 cm thick nonwoven, designed as a vacuum-formed fiber element, increases compared to the initial pressure loss of the new unloaded nonwoven when used as a dust separator behind furnaces by 10-30% after 100 operating hours, by 70-100% after 500 operating hours , after 1000 operating hours by 150-200% and after 2000 operating hours by up to 300% without an end to the increase in pressure loss being foreseen.

Die Tiefenfiltration, und damit verbunden die Verstopfung der freien Durchlaßporen, trat bei einem Staub auf, der ledig lich 10% an Massenanteilen unter 8 µm enthielt. Bei wesentlich feineren Stäuben, wie sie bei vielen Prozessen beispielsweise zur Kohleumwandlung und bei metallurgischen Verfahren anfal len, fand man bei entsprechenden Untersuchungen einen noch schnelleren Anstieg des zeitabhängigen Druckverlustes. Um das Ansteigen des Druckverlustes durch Verstopfen des Porensystems der Filtervliese mit Feststoffpartikeln weit gehend einzuschränken oder ganz zu vermeiden, sind technische Maßnahmen erforderlich, die den Effekt der Tiefenfiltration unterdrücken oder verhindern. Bei vorgegebenen Gasbedingungen kommen hierfür in Frage:.Deep filtration, and associated constipation the free passage pores occurred in a dust that was single Contained 10% by mass of less than 8 µm. At essential finer dusts, such as those found in many processes for coal conversion and in metallurgical processes len, one was still found in corresponding investigations faster increase in time-dependent pressure loss. To increase the pressure loss due to clogging the Pore system of filter fleeces with solid particles wide to restrict or avoid entirely are technical Measures are required that have the effect of depth filtration suppress or prevent. With given gas conditions come into question :.

- Change in the pore texture of the filtration medium by varying the dimensions and / or arrangement the individual fibers in the fleece;
- Change the surface properties of the individual fibers.

Wenn entsprechende Maßnahmen vor oder während der Herstellung von Filtervliesen durchgeführt werden, können sich wesentliche Änderungen in den mechanischen Eigenschaften der geformten Vliese ergeben, wodurch ihre Eignung als Filtrationsmedium aus Festigkeitsgründen in Frage gestellt wird. Es erscheint daher vorteilhaft, die Behandlung der Fasern an fertiggestellten Vliesen durchzuführen, wobei an ein Verfahren zur Modifizierung des Filtrationsmediums die Forderung zu stellen ist, daß die Stabilität des Fasergefüges erhalten bleiben muß und daß nach der Behandlung keine wesentliche Erhöhung des Gasdruckverlustes für das nicht staubbeladene Filtervlies eintritt.If appropriate measures are taken before or during manufacture of filter fleeces can be essential Changes in the mechanical properties of the molded Nonwovens result in their suitability as a filtration medium is questioned for strength reasons. It appears therefore advantageous to treat the fibers on finished To perform nonwovens, taking part in a process for modification the filtration medium the requirement is that the Stability of the fiber structure must be maintained and that after no significant increase in gas pressure loss during treatment for the non-dust-laden filter fleece.

Eine Behandlung mit Flüssigkeiten, Lösungen, Gasen oder Dämpfen, die zum Aufbau von Oberflächenschichten (Coating, Schlichte) um die Einzelfasern führt, ist wenig geeignet, da infolge von Kapillarkräften, die in dem hochporösen Filtergefüge wirksam werden, an den Berührungsflächen eine stärkere Anreicherung erfolgt, wodurch ein erheblicher Anstieg des Druckverlustes nicht staubbelasteter Filtrationsmedien eintritt.Treatment with liquids, solutions, gases or vapors, to build up surface layers (coating, size) leads to the individual fibers is not very suitable, as a result of Capillary forces that are effective in the highly porous filter structure become stronger enrichment at the contact surfaces takes place, causing a significant increase in pressure loss filtration media that is not contaminated with dust.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Behandlung von geformten Vliesen so durchzuführen, daß die Nachteile der vorgenannten Methoden vermieden werden.The present invention has set itself the task Treatment of shaped nonwovens so that the Disadvantages of the aforementioned methods can be avoided.

Zur Vermeidung der erwähnten Verstopfungsneigung, bedingt durch die Tiefenfiltration, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Rohfaserelemente vor ihrem Einsatz als Staubabscheider durch ein naßchemisches Verfahren mit anschließender Wärmebehandlung zu modifizieren mit dem Ziel einer Änderung der Porentextur und der Adhäsionseigenschaften. Die erfindungsgemäße Behandlung bewirkt eine Vergrößerung der Faseroberfläche und eine Verdich tung des Vlieses.To avoid the above-mentioned tendency to constipation caused by the depth filtration is proposed according to the invention, the Raw fiber elements before they are used as dust separators a wet chemical process with subsequent heat treatment to be modified with the aim of changing the pore texture and the adhesive properties. The treatment according to the invention causes an increase in the fiber surface and a densification treatment of the fleece.

Die Ausgangsfasern der Rohfaserelemente (vorzugsweise aus Aluminium-Silikat-Fasern aufgebaut) mit Gehalten an Alkali-, Erdalkali-, Aluminium-, Bor- und Schwermetalloxiden werden durch Behandlung mit wäßrigen Mineralsäurelösungen (z.B. Salz säure oder Schwefelsäure) in eine poröse Struktur überführt. The output fibers of the raw fiber elements (preferably from Aluminum silicate fibers built up) with contents of alkali, Alkaline earth, aluminum, boron and heavy metal oxides by treatment with aqueous mineral acid solutions (e.g. salt acid or sulfuric acid) converted into a porous structure.

Die eluierten Stoffe werden mit dem Säurebad entfernt. Die Säuretemperatur beträgt dabei 40-90°C. Die Behandlungs dauer für diesen Verfahrensschritt liegt je nach Material stärke des Rohelementes in Abhängigkeit von der Säuretem peratur zwischen wenigen Minuten und mehreren Stunden.The eluted substances are removed with the acid bath. The Acid temperature is 40-90 ° C. The treatment The duration of this process step depends on the material strength of the raw element depending on the acidity temperature between a few minutes and several hours.

In einer weiteren Behandlungsstufe werden in die in den Fasern entstandenen Hohlräume Metalloxide - beispielsweise Aluminium-, Silizium- und Boroxide - eingelagert. Dies erfolgt eben falls durch Behandlung mit einer wäßrigen Lösung. Diese enthält Metallverbindungen, die durch Wasser oder Alkalien zur Hydrolyse gebracht werden. Die anfallenden Hydroxide bzw. Oxidhydrate werden durch Adhäsionskräfte in die oben genannten Hohlräume sowie auf der Oberfläche der Fasern eingebunden. Nach Trocknung und Temperung der Fasern bzw. der Faservliese ist ein metalloxidhaltiges Material ent standen, welches sich durch hohe mechanische Stabilität und hervorragende Filtereigenschaften auszeichnet. Speziell die bei Einsatz der Rohfaserelemente als Filtermedium beobachtete Verstopfung durch Tiefenfiltration kann durch die beschriebene Behandlung weitgehend vermieden werden.In a further treatment step , metal oxides - for example aluminum, silicon and boron oxides - are embedded in the cavities formed in the fibers. This is also done by treatment with an aqueous solution. This contains metal compounds that are brought to hydrolysis by water or alkalis. The resulting hydroxides or oxide hydrates are bound by adhesive forces into the cavities mentioned above and on the surface of the fibers. After drying and tempering the fibers or the nonwovens, a metal oxide-containing material was created, which is characterized by high mechanical stability and excellent filter properties. In particular, the blockage due to depth filtration observed when using the crude fiber elements as the filter medium can largely be avoided by the treatment described.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel erläutert:The invention is explained below using an example:

Zur Filtration wurde ein Oxidfaservlies mit einer Stärke von ca. 10 mm und mit folgender wesentlicher Zusammensetzung ver wendet:An oxide fiber fleece with a thickness of approx. 10 mm and with the following essential composition ver turns:

ElementGew.-%Element wt%

Al30,0 Si14,4 Fe 0,8 Na 3,7 Ca 2,1 K 0,1Al30.0 Si14.4 Fe 0.8 Well 3.7 Ca 2.1 K 0.1

Das Element wurde bei einer Gastemperatur von 840°C zur Ent staubung eingesetzt. Als Gas diente atmosphärische Luft, die mit Feuerungsflugasche (10-20 g/m³ i.N.) beaufschlagt war. Der Staub wies einen Mediandurchmesser von ca. 30 µm auf. Der Reingasstaubgehalt lag während der gesamten Versuchs dauer unter 2 mg/m³ i.N.The element was used at a gas temperature of 840 ° C for dust removal. Atmospheric air served as gas, which was charged with combustion fly ash (10-20 g / m ³ iN). The dust had a median diameter of approx. 30 µm. The clean gas dust content was below 2 mg / m ³ iN during the entire test period

Der Anfangsdruckverlust nach Abreinigung des Filterelementes änderte sich gegenüber dem neuwertigen Material folgender maßen:The initial pressure drop after cleaning the filter element changed compared to the new material the following measure:

Eine Probe des neuwertigen Materials wurde durch die erfindungs gemäße Behandlung mit 6 normaler Salzsäure modifiziert. Dabei wurden folgende Bedingungen eingehalten:A sample of the new material was invented by the appropriate treatment modified with 6 normal hydrochloric acid. The following conditions were met:

Flüssigkeitseinwirkdauer:90 min Flüssigkeitstemperatur:61 ± 2°C Spülen mit kaltem Wasser:0,5 h Lufttrocknen:8 h bei Umgebungs-
temperatur Thermische Behandlung:3 h bei 250 ± 20°CLiquid exposure time: 90 min Liquid temperature: 61 ± 2 ° C Rinsing with cold water: 0.5 h Air drying: 8 h at ambient
temperature Thermal treatment: 3 h at 250 ± 20 ° C

Nach dieser Behandlung ergaben sich unter gleichen Bedingungen wie beim unbehandelten Material die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Druckverlustwerte:After this treatment, the results were the same as for the untreated material, the ones in the following table compiled pressure loss values:

In einer anderen Versuchsreihe wurde wie oben angegeben vor behandeltes Material wie folgt weiter modifiziert:In another series of tests, as indicated above treated material further modified as follows:

Nach dem Spülen mit reinem Wasser wurde das Material für die Dauer von 1 h in eine kolloidale SiO₂-Lösung eingebracht, die ca. 6 Gew.-% SiO₂ enthielt. Die Badtemperatur lag bei 30°C. Anschließend erfolgte eine Trocknungs- und Wärme behandlung, wie bereits oben beschrieben. Mit gleichen Ver suchsbedingungen wie vorher ergaben sich folgende zeitliche Abhängigkeiten der DruckverluständerungAfter rinsing with pure water, the material was introduced into a colloidal SiO ₂ solution which contained about 6% by weight of SiO ₂ for 1 h. The bath temperature was 30 ° C. This was followed by a drying and heat treatment, as already described above. With the same test conditions as before, the following time dependencies of the change in pressure loss resulted

Die Anwendungsbeispiele zeigen, daß durch die erfindungsgemäße Eluierung des Ausgangsmaterials eine entscheidende Verringerung des Druckverlustes erzielt wird. Im Langzeitbetrieb kann der bleibende Druckverlust noch weiter stabilisiert werden durch die erfindungsgemäße Einlagerung von beispielsweise Siliziumdioxid in die Fasern bzw. in das Faservlies.The application examples show that the inventive Elution of the starting material is a decisive reduction of the pressure loss is achieved. In long-term operation, the permanent pressure loss can be further stabilized by the Storage of, for example, silicon dioxide according to the invention into the fibers or into the nonwoven.

Claims

1. A method for modifying nonwoven fabrics based on oxide to avoid deep filtration during dust separation, characterized in that the nonwoven fabric, for. B. is subjected to a vacuum-formed nonwoven, a wet chemical treatment.

2. The method according to claim 1, characterized in that it the fibers of the fleece are treated with acids.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the acid bath temperature between 40 and 90 ° C and the Treatment time of the nonwovens between 5 minutes and 9 hours.

4. The method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the acid-treated nonwoven fabrics of a heat between 200 and 900 ° C.

5. The method according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that material eluted by acid treatment after one treatment with liquids that ver Bonds of the elements Al, Si and B alone or in a mixture Form included.