DE3819727C2

DE3819727C2 - Verfahren zur Herstellung eines Elementes zum Adsorbieren eines Gases, nach diesem Verfahren hergestelltes Element und Verwendung dieses Elementes

Info

Publication number: DE3819727C2
Application number: DE3819727A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Okano; Toshimi Kuma
Original assignee: SEIBU GIKEN FUKUOKA KK
Current assignee: SEIBU GIKEN FUKUOKA KK
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2008-06-10
Also published as: JP2579767B2; SE8801470D0; DE3819727A1; SE501591C2; JPS63310636A; SE8801470L; US4886769A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Elementes zum Adsorbieren eines Gases, wie in Anspruch 1 angegeben, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Element, und Verwendung dieses Elementes zur Adsorption eines oder mehrerer aktiver Gase.

Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Element lassen sich Gase bis zu einer äußerst geringen Konzentration adsorbieren.

Das erfindungsgemäß hergestellte Element kann insbesondere dazu benutzt werden, um ein aktives Gas aus einem nicht reagierenden Gas zu adsorbieren und es aus diesem zu entfernen, um die Konzentration des aktiven Gases in dem nicht reagierenden Gas bis auf einen äußerst niedrigen Wert zu reduzieren. Beispielsweise kann das Element verwendet werden, um Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt zu erhalten. Das Element kann als Block ausgebildet sein, der viele kleine Kanäle aufweist, die sich zwischen gegenüberliegenden Flächen durch den Block erstrecken. Das Element enthält ein festes Adsorbens, das Wasserdampf und andere aktive Gase reversibel zu adsorbieren vermag. Prozeßgas (d. h. nicht reagierendes Gas, das aktives Gas enthält) und Desorptionsgas (d. h. Gas, das adsorbiertes aktives Gas desorbiert) können alternativ durch die kleinen Kanäle geführt werden.

In der japanischen Patentanmeldung Nr. 86969/1985 (diese korrespondiert zu der US-Patentanmeldung Nr. 852,291) wird ein Verfahren zur Herstellung eines Feuchtigkeitsaustauschelementes oder eines Austauschelementes für die gesamte Wärmeenergie vorgeschlagen. Dieses Element besteht hauptsächlich aus Silikat-Aerogel mit einer Matrix aus anorganischen Faserpapieren. Gemäß dieser Pa tentanmeldung werden Papiere niedriger Dichte aus anor ganischer Faser, beispielsweise Keramikfaser, in der Form eines Feuchtigkeitsaustauschelementes oder eines Austauschelementes für die gesamte Wärmeenergie mit vielen kleinen Kanälen laminiert, mit Wasserglaslösung vor oder nach dem Laminieren imprägniert, und das Laminat wird in wässeriger Lösung eines oder mehrerer Aluminium-, Magnesium- oder Calciumsalze getränkt, um Silikathydrogel zu erzeugen, und mit Wasser gewaschen und getrocknet, um dieses Element zu erhalten.

Die ungeprüfte, offengelegte japanische Patentanmeldung, Nr. 19548/1979 beschreibt einen regenerierbaren Rotor zum Entfeuchten, der aus Asbestpapieren hergestellt ist, die Molekularsieb, nämlich synthetisierten (synthetischen) Zeolith, enthalten, und der in eine Form mit vielen klei nen Kanälen gebracht ist. Weiterhin wird dort ein regene rierbarer Rotor zum Entfeuchten beschrieben, der aus me tallischen Flachmaterialstücken, Papieren oder non-woven textilen Flachmaterialstücken hergestellt ist, die in eine Form mit vielen kleinen Kanälen gebracht sind, und auf deren Oberflächen synthetischer Zeolith als Trock nungsmittel aufgetragen ist. Ein Verfahren zum sicheren Haften und Verbinden des synthetischen Zeoliths als Trocknungsmittel an bzw. mit den Oberflächen dieser Flachmaterialstücke mit Hilfe von Silikagel ist in den offengelegten, ungeprüften japanischen Patentanmeldungen Nr. 62598/1985 und Nr. 246000/1985 beschrieben.

Das oben erwähnte Silikagel, das als Haftmittel und Ver bindungsmittel verwendet wird, weist eine geringe Trocknungs- bzw. Entfeuchtungsfähigkeit auf. Daher ist die Entfeuchtungsfähigkeit pro Gewichtseinheit des Entfeuchtungselementes um so geringer, je größer das Volumen eines solchen Silikagels und anderer anorga nischer Bindemittel ist. Wird das Volumen des Binde mittels verringert, so verringert sich die mechanische Festigkeit des Entfeuchtungselementes, das durch das Bindemittel verstärkt ist, und das Element kann nicht verwendet werden. Darüber hinaus besteht ein Nachteil bei der Verwendung von synthetischem Zeolith darin, daß der an der Matrix des Elementes haftende und mit ihr verbundene Zeolith während des Gebrauchs in Pulverform herunterfallen kann.

Jedoch weist synthetischer Zeolith, wenn der Durchmesser seiner Mikroporen genau ausgewählt ist, eine ausge zeichnete Fähigkeit auf, Wasserdampf und andere aktive Gase zu adsorbieren, um Luft oder andere, nicht reagie rende Gase mit äußerst niedrigem Taupunkt zu erhalten. Synthetischer Zeolith ist teuer, und die Herstellung von Papier durch Zumischen von Zeolith führt sowohl zu einer geringen Ausbeute, die 50% oder weniger betragen kann, da der Zeolith eine geringe Haftung hat. Daher ist die Herstellung von Papier, dem synthetischer Zeolith beige mischt wird, unerwünscht. Darüber hinaus besteht ein Nachteil bei der Verwendung von synthetischem Zeolith darin, daß die adsorbierte Feuchtigkeit (Wasser) nicht vollständig entfernt werden kann und daß das Element nur bei hohen Temperaturen regeneriert werden kann. Es kann nur wenig Feuchtigkeit (Wasser) entfernt werden, und das Element kann kaum bei Temperaturen, die 140°C nicht übersteigen, regeneriert werden.

Aus der US-PS 3 795 631 ist ein Verfahren zur Herstellung von mit Glasfasern verstärkten Zeolithgranulaten bekannt, die als Adsorbentien eingesetzt werden. Kristalliner, pulverförmiger Zeolith wird mit Kieselsäuresol als Binder und Glasfasern zu einer plastischen Mischung vermischt. Die Mischung wird granuliert, die Granulate werden getrocknet und gehärtet. Danach können die Granulate mit Natriumaluminat behandelt werden, um die Kieselsäure in Zeolith umzuwandeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere folgendermaßen durchführen:
Ein Element zum Adsorbieren eines Gases von äußerst geringer Konzentration mit ausreichender mechanischer Festigkeit wird herge stellt, indem man synthetisches Zeolithpulver, das in einer wässerigen Lösung von Wasserglas dispergiert ist, anstelle von reinem Wasserglas verwendet. Anorganisches Faserpapier wird mit der Dispersion von synthetischem Zeolith in der wässerigen Lösung von Wasserglas mit Hilfe des in der oben erwähnten japanischen Patentanmeldung, Nr. 86969/1985 angegebenen Verfahrens imprägniert. Ein Block wird mit der Papiermatrix als Kern und mit synthe tischem Zeolithpulver und Metallsilikat-Aerogel als zwei Arten von Adsorbenzien gebildet, wobei das Metallsilikat- Aerogel ebenso als Bindemittel dient. Das heißt, Papiere mit geringer Dichte werden laminiert, um eine Matrix in der Form eines Gas adsorbierenden Elementes mit vielen kleinen, sich zwischen gegenüberliegenden Flächen durch sie hindurch erstreckenden Kanälen zu bilden. Die Matrix wird mit in wässeriger Wasserglaslösung dispergiertem, synthetischem Zeolithpulver imprägniert und getrocknet. Dann wird sie in wässeriger Lösung von Aluminium-, Magne sium-, Calcium- oder anderen geeigneten Metallsalzen ge tränkt. Durch die Reaktion des Wasserglases mit den Me tallsalzen wird ein starkes Hydrogel erzeugt, in dem Me tallsilikat und synthetisierter Zeolith gleichmäßig dis pergiert sind. Die Matrix wird mit Wasser gewaschen und getrocknet, um den synthetischen Zeolith und das Metall silikat-Aerogel zu verbinden; diese Kombination weist mit dem Kern der Matrix eine sehr starke Gasadsorptionsfähig keit auf.

Die Erfindung gibt demnach ein Verfahren zur Herstellung eines Elementes an, in welchem Gas mit einer äußerst geringen Konzentration adsorbiert werden kann. In dem Element sind synthetisierter Zeolith und Metallsilikat-Aerogel mit Gasadsorptionsfähigkeit stabil in einem einzigen Körper einer Matrix untergebracht.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Herstellung der Matrix kann jedes Flachmaterialstück bzw. Papier verwendet werden, das gegenüber dem Prozeßgas und den aktiven Gasen, die adsorbiert und aus dem Prozeß gas entfernt werden sollen, beständig ist und das in Wabenstruktur gebildet werden kann. Wenn jedoch das Ele ment beim Regenerierprozeß erhitzt wird, beispielsweise wenn das Gas adsorbierende, erfindungsgemäße Element zur Entfeuchtung (beispielsweise von Luft) verwendet wird, und durch erhitzte Regenerierluft desorbiert und regeneriert wird, sollte das Papier ein Papier aus anorgani schen Fasern sein, das nicht brennt, beispielsweise Pa pier, das hauptsächlich aus Keramikfaser, Steinfaser, Schlackenfaser, Glasfaser, Karbonfaser oder Mischungen aus solchen Fasern besteht. Auch Asbestfaser ist eine anorganische Faser, die nicht brennt, aber sie sollte aus gesundheitlichen Gründen nicht verwendet werden. Wenn die Regenerierung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird oder wenn für die Regenerierung kein Erwärmen notwendig ist, wie bei dem Druckwechsel-Regenerationsverfahren, kann ein organisches Faserpapier verwendet werden.

Es muß an dieser Stelle bemerkt werden, daß synthetischer Zeolith nur im pH-Bereich zwischen 5 und 12 stabil ist und daß er beim Kontakt mit Säurelösung oder stark al kalischer Lösung außerhalb dieses pH-Bereiches zersetzt wird und seine Gasadsorptionsfähigkeit abnimmt. Daher kann stark alkalisches Wasserglas nicht als Adhäsiv beim Laminieren der Papiere verwendet werden, um die Matrix zu bilden, aber neutrale Adhäsive, wie Polyvinylacetat- Emulsion kann alleine oder in einer Mischung mit anorga nischen Adhäsiven verwendet werden.

Beim Dispergieren des synthetischen Zeolithpulvers in wässeriger Wasserglaslösung sollte der pH-Wert der wässerigen Wasserglaslösung besonders beobachtet werden. Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem der pH-Wert wässeriger Wasserglaslösungen mit unterschiedlichen Gewichtsver hältnissen von SiO₂/Na₂O über den Gewichtsprozenten des Na₂O dargestellt ist. Wasserglas (Nr. 1, in Fig. 3 nicht dargestellt) mit SiO₂/Na₂O = 2,1 kann nicht verwendet werden, da der pH-Wert über 12,2 hinausgeht, wenn die Na₂O-Konzentration mehr als 1 Gew.-% beträgt, d. h. wenn die Konzentration des Wasserglases mehr als 3 Gew.-% beträgt. Es ist auch besser, kein Wasserglas (Nr. 2, in Fig. 3 nicht dargestellt) zu verwenden, bei dem das Verhältnis SiO₂/Na₂O 2,5 ist. Wenn die Na₂O-Konzentration in der wässerigen Wasserglaslösung (Nr. 2) 1 Gew.-% ist, d. h. wenn die Konzentration des Wasserglases 3,5 Gew.-% beträgt, ist ihr pH-Wert zwar kleiner als 12. Beim Trocknungsvorgang vor der Reaktion mit dem Metallsalz erreicht das Wasserglas, das noch nicht reagiert hat, jedoch eine hohe Konzentration und kann gleichzeitig auch eine hohe Temperatur erreichen, und der pH-Wert kann über 12 hinausgehen. Wasserglas (Nr. 3, in Fig. 3 nicht dargestellt), bei dem das Ver hältnis SiO₂/Na₂O 3,1 ist, kann unbesorgt verwendet werden, da der pH-Wert nicht über 12 hinausgehen kann, selbst wenn die Konzentration des Na₂O 10 Gew.-% aus macht, d. h. wenn die Konzentration des Wasserglases 41 Gew.-% beträgt.

Im folgenden werden die Metallsalze betrachtet, die mit Wasserglas reagieren, um Silikatgel zu erzeugen. Prinzi piell kann jedes lösliche Metallsalz verwendet werden, das zu einem angemessenen Preis erhalten werden kann und das bei der Reaktion mit Wasserglas Gas adsorbierendes Silikatgel erzeugen kann, das in Wasser unlöslich ist. Jedoch sollte der pH-Wert der wässerigen Lösung, beson ders der pH-Wert nach der Herstellung des Silikatgels durch die Reaktion mit Wasserglas im Bereich von 5 bis 12 liegen. Die folgende Tabelle gibt bei einer relativen Feuchtigkeit von 75% das Gewicht des adsorbierten Wasserdampfes pro Gewichtseinheit des Elements (d. h. des Gas adsorbierenden Elementes) in Prozent an, das durch Reaktion von Wasserglaslösung ohne synthetischen Zeolith mit wässerigen Lösungen verschiedener Metallsalze zur Herstellung des Silikatgels erhalten wurde, wobei die Bedingungen die gleichen wie beim Beispiel 2 (unten be schrieben) sind. Die Tabelle zeigt ebenso den pH-Wert der wässerigen Lösung bei einer Temperatur von 21°C nach der Reaktion.

TABELLE 1

Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 wurden acht unterschied liche Metallsalze verwendet. Die pH-Werte der wässerigen Lösungen nach der Reaktion waren kleiner als 5, wenn die Aluminiumsalze und Magnesiumchlorid verwendet wurden. Daher wird in den unten angegebenen Beispielen Magnesi umsulfat verwendet.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand mehrerer dargestellter Ausführungs beispiele noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 und 2 perspektivische Ansichten von erfindungsge mäß hergestellten Elementen;

Fig. 3 ein Diagramm, das die pH-Werte von wässerigen Wasserglaslösungen zeigt;

Fig. 4 eine Perspektivansicht eines weiteren erfindungs gemäß hergestellten Elementes;

Fig. 5 eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht eines Rotations-Entfeuchters;

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines anderen Rota tions-Entfeuchters; und

Fig. 6 bis 10, 12 und 13 Diagramme, die die Entfeuch tungsfähigkeit der erfindungsgemäß hergestellten und der bekannten Elemente zeigen.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Elemente enthalten in flacher Konfiguration verbliebene (d. h. nicht gewellte) Flachmaterialstücke 1, in gewellte Konfiguration gebrach te Flachmaterialstücke 2 und kleine Kanäle 3.

Beispiel 1

Ein wenig organische Synthetikfaser wird zu einer Siliziumoxid- Aluminiumoxid-Keramikfaser gegeben, um ein Papier von niedriger Dichte mit einem spezifischen Gewicht von etwa 0,3 bis 0,45 g/cm³ und einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,25 mm herzustellen. Durch die Verwendung eines Adhäsivs aus einer Mischung von Kunstharz, wie Polyvinylacetat, und einem anorganischen Bindemittel werden das flache Papier 1 und das gewellte Papier 2 alternativ zusammengeklebt und, wie in Fig. 1 oder 2 gezeigt, laminiert. Das Laminat wird dann auf etwa 400°C erhitzt, um organische Materia lien, d. h. organische Fasern, im Papier enthaltene Binde mittel und im Adhäsiv enthaltenes Polyvinylacetat, zu entfernen, um so eine Matrix in der Form eines Gas adsor bierenden Elementes mit vielen kleinen Kanälen 3 zu er halten, die sich zwischen gegenüberliegenden Flächen durch sie hindurch erstrecken. Wasserglas Nr. 3 wird mit Wasser verdünnt, und synthetisierter Zeolith, "Zeolum A-4" wird dazugegeben und gleichmäßig vermischt. Die oben genannte Matrix wird in der wässerigen Wasserglaslösung getränkt, die mit dem Zeolith vermischt ist, und dann zur Trocknung erhitzt. Die getrocknete Matrix wird dann in 20%-iger wässeriger Magnesiumsulfat-Lösung für drei bis vier Stunden getränkt, um das Natriumsilikat des Wasserglases in ein Hydrogel des Magnesiumsilikats umzuwandeln. Durch Waschen der getränkten Matrix mit Wasser und durch Erhitzen der Matrix zum Trocknen wird ein Element zum Adsorbieren von Gas bis hinab zu einer äußerst niedrigen Konzentration erhaltne. Das Element, dessen Kern aus der Papier-Matrix aus anorganischen Fasern besteht, enthält synthetischen Zeolith und Magnesiumsilikat-Aerogel, die in einem einzigen Körper in der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Gestalt gebildet und verbunden sind, wobei das Magnesiumsilikat als Bindemittel dient.

Beispiel 2

In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, wird Wasserglas Nr. 3 mit Wasser verdünnt und mit "Zeolum A-4" gleichmäßig vermischt, um eine erste Tränklösung herzu stellen. In gleicher Weise wie in der japanischen Patent anmeldung, Nr. 86969/1985, beschrieben, wird Wasserglas Nr. 3 mit Wasser verdünnt, um eine zweite Tränklösung zu erhalten. In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wird eine Matrix in der Form eines Gas adsorbierenden Elemen tes mit vielen kleinen Kanälen durch Laminieren von Keramikfaserpapieren niedriger Dichte hergestellt. Wie in den Fig. 4a, b und c dargestellt, wird ein Teil 4 der Matrix in der ersten Tränklösung getränkt, und der andere bzw. verbleibende Teil 5 der Matrix wird in der zweiten Tränklösung getränkt. Dann wird die Matrix zum Trocknen erhitzt. Danach wird die Matrix in 20%-iger wässeriger Magnesiumsulfatlösung drei bis vier Stunden lang ge tränkt, um das Natriumsilikat des Wasserglases in das Hydrogel des Magnesiumsulfats umzuwandeln, und dann wird die Matrix zum Trocknen erhitzt, wodurch ein Element zum Adsorbieren eines Gases bis zu einer äußerst niedrigen Konzentration erhalten wird. Ein Teil des Elementes be steht aus Schichten der Mischung aus synthetisiertem Zeolith und Magnesiumsilikat-Aerogel. Der andere Teil des Elementes besteht aus Schichten von Magnesiumsilikat- Aerogel, wobei die Schichten von beiden Teilen durch den Kern der Papier-Matrix aus anorganischen Fasern verstärkt sind.

Das erfindungsgemäß erhaltene Element wird beispielsweise in einem Entfeuchter verwendet, um ein (mit diesem Ele ment) nicht reagierendes Gas, wie Luft, zu entfeuchten.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für einen Rotations-Entfeuch ter. Unter Bezugnahme auf diese Figur wird ein Gas adsor bierendes Element 11 in einem Gehäuse 12 rotierbar ge halten, das durch eine Trennwand 13 in einen Entfeuch tungsbereich 14 und in einen Regenerationsbereich 15 unterteilt ist. Das Element 11 wird durch einen Getriebe motor 16 und einen Antriebsriemen 17 mit langsamer Ge schwindigkeit von fünf bis zwanzig Umdrehungen pro Stunde gedreht. Prozeßluft oder Zuführungsluft 18 wird in den Entfeuchtungsbereich 14 hinein und durch ihn geführt, und heiße, weniger feuchte Regenerationsluft 19 wird in den Regenerationsbereich 15 hinein und durch ihn geführt. Die Prozeßluft 18 wird entfeuchtet, um Luft 20 mit äußerst niedrigem Taupunkt zu erhalten. Der Entfeuchter enthält eine Riemenscheibe 21, eine Spannrolle 22, eine Gummidichtung 23 und ein Heizgerät 24 zum Desorbieren (Regenerieren) von Luft.

Tabelle 2

Fig. 6 zeigt das Gleichgewicht der Feuchtigkeitsadsorp tion in Gewicht pro Gewichtseinheit Adsorbens (in %); die Nummern 1 bis 6 von Fig. 6 stellen gleichmäßige Mischungen von synthetisiertem Zeolith und Metallsilikat- Aerogel dar, die jeweils aus den Gas adsorbierenden Elementen herausgenommen wurden, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, wobei jedoch die Materialien und Mengen in jeder der Reihen 1 bis 6 der Tabelle 2 (diese Reihen korrespondieren jeweils zu den Adsorbenzien mit den Nummern 1 bis 6) eingesetzt wurden und anstelle von Magnesiumsulfat die spezifizierten Metallsalze verwendet wurden. Die Adsorbenzien Nummer 1 bis 4 sind erfindungs gemäße Adsorbenzien, und die Adsorbenzien Nummer 5 und 6 stimmen mit denen aus der älteren japanischen Patentan meldung Nr. 86969/1985 überein. Das in Fig. 6 durch die Kurve Nr. 7 dargestellte Adsorbens ist das synthetische Zeolith "Zeolith X", das auf Seite 12 der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 6712/1957 der Union Carbide & Carbon Corporation (bzw. Spalte 13 der US-PS 2,882,244, Anmelder Robert M. Milton, übertragen auf Union Carbide Corporation) offenbart ist.

Fig. 7 zeigt das Gleichgewicht der Feuchtigkeitsadsorp tion in Gewicht pro Oberflächeneinheit der Flachmaterial stücke in g/m², die hauptsächlich aus Adsorbens bestehen, die den Gas adsorbierenden Elementen entspre chen, welche durch Verwendung der in den Reihen 1 bis 6 in Tabelle 2 angegebenen Materialien und Mengen erhal ten wurden.

In gleicher Weise zeigt Fig. 8 das Gleichgewicht der Feuchtigkeitsadsorption in Gewicht pro Gewichtseinheit der Gas adsorbierenden Elemente (in %), die durch Ver wendung der in den Reihen Nummern 1 bis 6 in Tabelle 2 angegebenen Materialien und Mengen erhalten wurden.

Fig. 9 zeigt die absolute Feuchtigkeit und die Temperatur der entfeuchteten Luft am Ausgang des Entfeuchters, der in Fig. 5 gezeigt ist und unter Verwendung eines Gas adsorbierenden Elementes mit den Flachmaterialstücken 1, 2 mit einer Dicke von 0,2 mm konstruiert ist, wobei das gewellte Flachmaterialstück 2 eine Wellenlänge von 3,4 mm (d. h. der Abstand zwischen den Kämmen von auf einanderfolgenden Wellen) und eine Wellenhöhe von 1,73 mm aufweist, die Breite des Elementes, d. h. die Länge der kleinen Kanäle, 200 mm beträgt und die oben in Reihe Nummer 3 der Tabelle 2 angegebenen Materialien und Mengen verwendet sind. Die Rotationsgeschwindigkeit des Elemen tes beträgt 16 Umdrehungen pro Stunde, die Geschwindig keit der Prozeßluft am Eingang beträgt 2 m/s, das Volu menverhältnis von Regenerationsluft zu Prozeßluft ist 1 : 3, die Temperatur der Prozeßluft beträgt am Eingang 30°C, die Temperaturen TR₁ der Regenerationsluft am Eingang liegen bei 140°C, 160°C und 180°C, und die absolute Feuchtigkeit der Regenerationsluft am Eingang ist die gleiche wie die der Prozeßluft am Eingang.

Fig. 10 zeigt, entsprechend dem Beispiel 2, die absolute Feuchtigkeit der behandelten Luft am Ausgang (g/kg') bei einem Rotations-Entfeuchter, ähnlich der in Fig. 5 ge zeigten Vorrichtung, der aber unterteilt ist in einen Behandlungsbereich 14 als Sektor von 225°, einen Regene rationsbereich 15 als Sektor von 90° und einen Spülbe reich, dies ist ein Kühlbereich 25 als Sektor von 45°, wie in Fig. 11 gezeigt. Der Entfeuchter ist unter Verwen dung der Elemente Nummer 5, 8 und 9 konstruiert.

Die Elemente Nummer 8 und 9 sind durch Verwendung der oben (in Tabelle 2) in den Reihen 3 bzw. 5 angegebenen Materialien und Mengen hergestellt. Die Breite der Teile 4 und 5 in Fig. 4(a) beträgt jeweils 200 mm; das Element 5 ist durch Verwendung der Materialien und Mengen herge stellt, die oben in Tabelle 2 in Reihe 5 angegeben sind und weist eine Breite von 400 mm auf. Die restlichen Be dingungen sind bei allen drei Elementen die gleichen, d. h. die Flachmaterialstücke 1 und 2 sind 0,2 mm dick, das gewellte Flachmaterialstück weist eine Wellenlänge von 3,4 mm und eine Wellenhöhe von 1,73 mm auf. Die Temperatur der Prozeßluft am Eingang der Elemente 8 und 5 beträgt 30°C, die des Elementes 9 beträgt 20°C. Bei allen drei Elementen beträgt die Rotationsgeschwindig keit des Elements fünf Umdrehungen pro Stunde, die Luft- bzw. Windgeschwindigkeit am Eingang 1,5 m/s, das Volumen verhältnis von Regenerationsluft zu Behandlungsluft 2 : 5, die Temperatur der Regenerationsluft am Eingang 140°C, und die absolute Feuchtigkeit der Regenerations luft am Eingang ist die gleiche wie die der Behandlungs- (Prozeß-)Luft am Eingang.

Fig. 12 zeigt die Feuchtigkeit, die die absolute Feuch tigkeit (g/kg') darstellt, und die Temperatur des Tau punktes DP (in °C) der behandelten Luft am Ausgang, die durch den Rotations-Entfeuchter entfeuchtet ist, der in Fig. 11 gezeigt ist und mit dem oben genannten vergleich bar konstruiert ist, indem das oben genannte Element 8 verwendet wird, das gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde. Die Bedingungen sind folgende: Die Rotationsgeschwindig keit des Elementes beträgt 16 Umdrehungen pro Stunde, die Luftgeschwindigkeit am Eingang 1,45 m/s, das Volumen verhältnis von Regenerationsluft zu Behandlungsluft 2 : 5, die Temperaturen der Regenerationsluft am Eingang betragen 120°C, 140°C, 160°C und 180°C, und die Feuchtigkeit der Regenerationsluft beträgt in allen Fällen 8,5 g/kg'.

Fig. 13 zeigt die Temperatur und die Temperatur des Tau punktes DP (in °C) der behandelten Luft am Ausgang und die Temperatur der Reinigungsluft am Ausgang, wenn der Rotations-Entfeuchter, der in Fig. 11 gezeigt ist, unter folgenden Bedingungen verwendet wird:
Dicke des Flachmaterials: 0,2 mm
Breite des Elementes: 400 mm
verwendetes Element (verwendete Materialien und Mengen bei der Herstellung des Elementes): Nr. 1 (Reihe 1, Tab. 2)
Wellenlänge: 3,4 mm
Wellenhöhe: 1,73 mm
Temperatur der Prozeßluft am Eingang: 18,7 bis 21,3°C
Rotatiosgeschwindigkeit: 8 Umdrehungen pro Stunde
Luftgeschwindigkeit am Eingang: 2 m/s
Volumenverhältnis von Regenera tionsluft zu Behandlungsluft (am Eingang): 2 : 5
Spülluft: ein Teil der behan delten Luft
Temperatur der Regenerations luft am Eingang: 180°C
absolute Feuchtigkeit der Regenerationsluft am Eingang: die gleiche wie die der Behandlungsluft am Eingang.

Alles was oben erwähnt ist, bezieht sich auf die Regene rierung durch Erhitzen. In einem solchen Fall wird ein Papier aus anorganischen Fasern verwendet, und alle or ganischen Materialien, zum Beispiel organische Fasern, organische Bindemittel und organische Adhäsive, die in den Papieren bzw. Flachmaterialstücken oder in dem Ele ment enthalten sind, sollten durch Erhitzen und Feuern entfernt werden. Aber im Fall eines Druckwechselverfah rens, bei dem Heiß-Regenerierung nicht erforderlich ist, ist die Entfernung von organischen Materialien durch Feuern nicht notwendig, und es kann Papier verwendet werden, das einen großen Anteil an organischen Fasern enthält.

Aus den Daten der Fig. 6 bis 10, 12 und 13 ist ersicht lich, daß das wabenstrukturförmige, erfindungsgemäße, Gas adsorbierende Element, das aus Flachmaterialstücken gebildet ist, die hauptsächlich aus einer gleichmäßigen Mischung von synthetischem Zeolith und chemisch synthe tisiertem Metallsilikat-Aerogel bestehen, wobei das Metallsilikat-Aerogel in Gegenwart des synthetischen Zeoliths synthetisiert wird, im Vergleich mit dem waben strukturförmigen Entfeuchtungselement aus der älteren Anmeldung, das aus Flachmaterialstücken gebildet ist, die hauptsächlich aus Metallsilikat-Aerogel bestehen, eine nicht so gute Wirksamkeit aufweist, Luft oder einige andere, nicht reagierende Gase mit einer relativen Feuch tigkeit von mehr als 30% zu entfeuchten. Aber das er findungsgemäße Element kann einen beachtlichen Wirkungs grad bei der Entfeuchtung von fast trockener Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von weniger als 15% zeigen, zum Beispiel um Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt von weniger als -40°C zu erhalten (absolute Feuchtigkeit 0,08 g/kg').

Wie in den Fig. 6 bis 8 unter den Daten für Entfeuchtung gezeigt ist, scheint es, wenn Aluminiumsalze verwendet wurden, daß deren Adsorptionsfähigkeit nicht das volle Potential erreichten, da die wässerigen Lösungen der Aluminiumsalze sauer waren und daher der synthetisierte Zeolith zersetzt wurde. Wurde Calciumchlorid verwendet, schien die Adsorptionsfähigkeit nicht völlig erreicht zu werden, da die Aktivität des erzeugten Calciumsilikat- Aerogels niedrig war. Unter den Aluminium-, Magnesium- und Calciumsalzen ergaben die Magnesiumsalze die besten Ergebnisse. Auf der anderen Seite können die oben er wähnten Metalle durch Natrium vom synthetisierten Zeo lith, xNa₂O . yAl₂O₃ . zSiO₂ . nH₂O, durch Behandlung mit der wässerigen Lösung der Metallsalze substituiert werden; aber eine merkliche Abnahme der Entfeuchtungsfä higkeit wurde hierbei nicht festgestellt.

Wie oben erwähnt, kann synthetisierter Zeolith für eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsadsorptionsfähigkeit sorgen, wenn der Durchmesser der kleinen Kanäle bzw. der Durchmesser der Mikroporen sorgfältig ausgewählt wird, und er ist ge eignet, Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt zu erhalten. Beim Entfeuchten von Luft mit ziemlich hoher Feuchtigkeit ist Metallsilikat-Aerogel jedoch besser. Andererseits, vom Gesichtspunkt der Desorption und Regeneration aus gesehen, kann Metallsilikat-Aerogel fast ausreichend desorbiert und regeneriert werden, wenn die Regenera tionsluft ungefähr 140°C beträgt, synthetisierter Zeolith jedoch erfordert eine hohe Temperatur von 180 bis 200°C zur Desorption und Regeneration. Daher ist es besser, falls das erfindungsgemäße Element zur Adsorption eines Gases mit äußerst niedriger Konzentration zur Ent feuchtung von nicht reagierendem Gas einer Regenerierung durch Erhitzen unterworfen wird, das nicht reagierende Gas zuerst bis zu einer relativen Feuchtigkeit von 25 bis 30% mit Hilfe eines Entfeuchters zu entfeuchten, der ein bekanntes Entfeuchtungselement, zum Beispiel das in der japanischen Patentanmeldung 86969/1985 beschriebene, verwendet, und dann das nicht reagierende Gas mit Hilfe des Entfeuchtungselementes nach dieser Erfindung weiter zu entfeuchten, um ein nicht reagierendes Gas, beispiels weise Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt, zu erhalten.

Das in Beispiel 2 beschriebene Gas adsorbierende Element ist geeignet, um eine solche zweistufige Entfeuchtung in einem Element, also mit einem einzigen Entfeuchter durch zuführen. Prozeßluft wird von der Stirnfläche des Teils 5 des Elementes in Fig. 4a zugeführt, das den Behandlungs bereich des Metallsilikat-Aerogel-Teils entsprechend dem bekannten Element aus der älteren Patentanmeldung dar stellt, und wird im Bereich 5 zunächst im wesentlichen entfeuchtet.

Dann wird die Prozeßluft im Bereich 4 durch den syntheti sierten Zeolith und das Metallsilikat-Aerogel weiter ent feuchtet, um Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt zu er halten, entsprechend den Daten, die in den Fig. 10, 12 und 13 gezeigt sind. Von der Stirnfläche des Teils 4 aus, der den Regenerationsbereich der gleichmäßigen Mischung aus synthetisiertem Zeolith und Metallsilikat-Aerogel gemäß der Erfindung darstellt, wird Regenerationsluft von 160 bis 180°C hineingeführt, um zuerst den Bereich 4 zu regenerieren, der synthetisierten Zeolith enthält. Dann wird mit der Regenerationsluft, deren Temperatur etwas heruntergegangen ist, zum Beispiel auf etwa 140°C, der Bereich 5 regeneriert, der nur Metallsilikat-Aerogel enthält. Auf diese Weise kann die Wärmeenergie der Re generationsluft wirksam ausgenutzt werden. In Fig. 4 können das Längenverhältnis der Bereiche 4 und 5 und andere Bedingungen auf verschiedene Arten, je nach Ver wendungsart eingestellt und verändert werden, wie es zum Beispiel in den Fig. 4b und c gezeigt ist. In Bei spiel 1 kann das Verhältnis von synthetisiertem Zeolith und Metallsilikat-Aerogel natürlich auch in verschiede nen Bereichen eingestellt und verändert werden. Analog können auch in den Bereichen 4 und 5 des Beispiels 2 unterschiedliche Anordnungen vorgenommen werden, zum Beispiel durch Zugabe von etwas synthetisiertem Zeolith im Bereich 5.

Es ist ebenso möglich, zwei Bereiche des Gas adsorbieren den Elementes von Beispiel 2 in der gleichen Größe her zustellen, d. h. das erfindungsgemäße Element 4 zur Ad sorption einer äußerst niedrigen Gaskonzentration und das Entfeuchtungselement 5 nach der älteren japanischen Patentanmeldung, Nr. 86969/1985, und diese zu einem ein zigen Entfeuchter zu vereinigen, um die Entfeuchtung analog zum oben Genannten durchzuführen.

Bei den oben erwähnten Beispielen wurde "Zeolum A-4", d. h. sogenannter synthetisierter Zeolith vom Typ 4A, dessen Mikroporen einen Durchmesser von etwa 4 Å auf weisen und der eine empirische Formel von 1,0 ± 0,2 Na₂O . Al₂O₃ . 1,85 ± 0,5 SiO₂ . yH₂O aufweist, zur Entfeuchtung von Luft verwendet. Er kann ebenso wie ein synthetisierter Zeolith vom Typ 3A mit Mikroporen mit einem Durchmesser von etwa 3 Å außer zur Entfeuchtung, auch zur Adsorption und Entfernung von Ammoniak und Methanol usw. verwendet werden. Darüber hinaus kann für die Gasadsorption ein Papier verwendet werden, das ein drittes Adsorbens, zum Beispiel Aktivkohlefaser, enthält.

Somit wird durch die Erfindung ein wabenstrukturförmiges, Gas adsorbierendes Element mit großer mechanischer Festigkeit erhalten, wobei das Element aus einer Matrix aus Papier niedriger Dichte und Metallsilikat-Aerogel besteht, das durch chemische Reaktion in den Zwischen räumen der Fasern des Papiers und auf dessen Oberflächen erzeugt ist, das eine Gasadsorptionsfähigkeit aufweist und mit synthetisiertem Zeolith gleichmäßig vermischt ist. Das Metallsilikat-Aerogel dient hierbei auch als Bindemittel für den synthetisierten Zeolith. Fasern, die in dem Element enthalten sind (etwa 15 Gew.-% des Ele mentes) dienen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Feuchtigkeit adsorbierenden Blockes gegen einen plötz lichen Wechsel von Temperatur und Feuchtigkeit. Darüber hinaus wirkt fast das gesamte Gewicht des Feuchtigkeit adsorbierenden Elementes (synthetisierter Zeolith unge fähr 10 bis 70%, Metallsilikat-Aerogel ungefähr 75 bis 15%) effektiv als Gasadsorbens. Die Erfindung macht es möglich, leicht und kostengünstig ein Gas adsorbierendes Element zu erhalten, das insbesondere zur Entfernung eines aktiven Gases aus einem nicht reagierenden Gas ge eignet ist. Die Wirkung des synthetisierten Zeoliths er möglicht, das nicht reagierende Gas mit einer äußerst ge ringen Konzentration an aktivem Gas zu erhalten, zum Beispiel Luft mit einem äußerst niedrigen Taupunkt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Elementes zum Adsorbieren eines Gases, mit folgenden Verfahrensschritten:
Erzeugen einer Matrix mit Kanälen (3), die sich zwischen gegenüberliegenden Flächen der Matrix durch diese hindurch erstrecken, durch Laminieren von Flachmaterialstücken (1; 2);
Tränken mindestens eines Bereiches der Matrix in einer wässerigen Lösung von Wasserglas, in dem synthetisiertes Zeolithpulver dispergiert ist;
Trocknen der getränkten Matrix;
Erzeugen eines Hydrogels von Metallsilikat durch Tränken der Matrix in einer wässerigen Lösung von einem oder mehreren Metallsalzen;
und anschließendes Waschen der Matrix mit Wasser und Trocknen der Matrix.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachmaterialstück hauptsächlich anorganische Fasern enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachmaterialstück hauptsächlich Aktivkohle-Faser oder andere Karbonfasern enthält.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix in zwei Bereiche (4; 5) unterteilt wird, von denen der eine Bereich (4) mit der wässerigen Lösung von Wasserglas imprägniert wird, in der Zeolithpulver dispergiert ist, und von denen der andere Bereich (5) nur mit wässeriger Wasserglaslösung imprägniert wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine oder die mehreren Metallsalze aus Aluminium-, Magnesium- und Calciumsalzen ausgewählt wird bzw. werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Flachmaterialstück (1; 2) ein Papier niedriger Dichte verwendet wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix viele Kanäle (3) aufweist und daß die Kanäle (3) klein sind.

8. Element zum Adsorbieren eines Gases, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

9. Verwendung des Elementes nach Anspruch 8 zur Adsorption eines oder mehrerer aktiver Gase.

10. Verwendung nach Anspruch 9 zur Adsorption von Wasserdampf aus Luft.