DE3902977A1 - Sorptionsgeraet zum sorbieren von aktivem gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas. Dieses Sorptionsgerät enthält einen aus Blättern bzw. Bögen bzw. Schichten hergestellten Sorptionsrotor mit vielen kleinen Kanälen, der ein Sorptionsmittel für aktives Gas enthält, das Feuchtigkeit und andere aktive Gase (nachstehend als "aktive Gase" bezeichnet) reversibel absorbiert oder adsorbiert (nachstehend als "sorbiert" bezeichnet). Das Sorptionsgerät erzeugt dadurch, daß ein Prozeßgas bzw. zu behandelndes Gas und ein Reaktivierungsgas abwechselnd durch die kleinen Kanäle hindurchgeleitet und die aktiven Gase durch Sorption entfernt werden, inertes Gas, das ein oder mehr als ein aktives Gas in geringer Konzentration enthält, z. B. trockene Luft.

Aus der JP-OS 71 821/1986 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Gas (Luft) mit äußerst geringem Feuchtigkeitsgehalt, dessen Taupunkt unter -80°C liegt, bekannt. Bei diesem Verfahren wird aus einem Trockenmittel, das Feuchtigkeit reversibel sorbiert, ein Entfeuchungsrotor mit vielen kleinen Kanälen, d. h., ein Wabenrotor, hergestellt, und es werden zwei solche Entfeuchtungsrotoren verwendet; Prozeßgas bzw. zu behandelndes Gas wird zur Entfeuchtung durch den ersten Entfeuchtungsrotor hindurchgeleitet und dann gekühlt und zur weiteren Entfeuchtung durch den zweiten Entfeuchtungsrotor hindurchgeleitet; Reaktivierungsgas wird durch die Reaktivierungszone des zweiten Entfeuchtungsrotors hindurchgeleitet und dann erhitzt und durch die Reaktivierungszone des ersten Entfeuchtungsrotors hindurchgeleitet, um das Gas mit äußerst geringem Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden zwei Entfeuchtungsrotoren in einer Reihe betrieben, und infolgedessen sind z. B. Rotorantriebseinrichtungen, Rohrleitungen und Dichtungsscheiben bzw. -platten für zwei Rotoren erforderlich. Das bedeutet, daß der Aufbau kompliziert ist, daß eine große Aufstellungsfläche benötigt wird und daß die Wartung beschwerlich ist, was alles zu hohen Herstellungskosten und hohen Betriebskosten führt.

Durch die Erfindung wird der vorstehend erwähnte Nachteil beseitigt und ein Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas bereitgestellt, das die Sorption in zwei Schritten durchführen kann, indem ein Wabenrotor gebildet wird, der eine zylindrische Form mit vielen kleinen Kanälen hat, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hindurchgehen, und der entweder mit einem Sorptionsmittel für aktives Gas durchtränkt ist oder auf der Oberfläche der Kanäle ein Sorptionsmittel für aktives Gas aufweist, und indem der Wabenrotor durch sektorartige Bauteile, mit denen das Gehäuse versehen ist bzw. die in dem Gehäuse vorgesehen sind, in vier Sektorzonen eingeteilt wird, die jeweils der Reihe nach als erste Sorptionszone, als zweite Sorptionszone, als Vorkühlzone und als Reaktivierungszone wirken (d. h., daß die vielen kleinen Kanäle in Gruppen, die die Zonen bilden, eingeteilt werden). Die Sorptionszonen und die Reaktivierungszone können in weitere Zonen, d. h., in eine erste, eine zweite, eine dritte . . . (in der Richtung geordnet, die der Rotation des Sorptionsrotors entgegengesetzt ist) eingeteilt werden.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas;

Fig. 2 und 4 zeigen andere Beispiele für erfindungsgemäße Sorptionsgeräte zum Sorbieren von aktivem Gas;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines sektorartigen Bauteils S, das in den Sorptionsgeräten zum Sorbieren von aktivem Gas, die in Fig. 2 und 4 gezeigt sind, verwendet wird;

Fig. 5 ist eine erläuternde Ansicht des in Fig. 4 gezeigten Sorptionsrotors;

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Kenndaten bzw. die Gebrauchsleitung des in Beispiel 3 offenbarten Entfeuchtungsgeräts zeigt und

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Temperaturverteilung der Reaktivierungsluft in der Reaktivierungszone zeigt.

In den Fig. 1 bis 5 bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Teile.

Beispiel 1

Flaches Kraftpapier und gewelltes Kraftpapier werden abwechselnd aufeinandergeklebt und in Form einer Rolle laminiert bzw. übereinandergeschichtet, um eine Wabenstruktur mit vielen kleinen Kanälen, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hindurchgehen, zu erhalten. Diese Struktur wird in einer wäßrigen Lösung von Lithiumchlorid eingeweicht und dann getrocknet, um ein Entfeuchtungsteil oder einen Entfeuchtungsrotor zu erhalten, der mit etwa 8 Masse-% Lithiumchlorid, bezogen auf die Wabenstruktur, durchtränkt ist. Sektorartige Bauteile werden an den beiden Endflächen eines Gehäuses angebracht oder gebildet und in der Nähe der beiden Endflächen dieses Entfeuchtungsteils oder Entfeuchtungsrotors 1 angeordnet, um den Entfeuchtungsrotor 1, der am Umfang der sektorartigen Bauteile angebrachte Gummidichtungen berührt, in eine erste Absorptionszone 2, eine zweite Absorptionszone 3, eine Vorkühlzone 4 und eine Reaktivierungszone 5 einzuteilen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Jede dieser Zonen ist durch Rohrleitungen mit einem Gebläse 6 zum Einleiten von Prozeßluft bzw. zu behandelnder Luft, einem Gebläse 7 für gelieferte Luft bzw. Speiseluft, einer Reaktivierungsluft- Heizeinrichtung 8, einem Gebläse 9 zum Einleiten von Reaktivierungsluft, einer Kühleinrichtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft und einem (nicht gezeigten) Rotorantriebsmechanismus verbunden, wie in der Zeichnung gezeigt ist, um ein Absorptionsgerät zum Absorbieren von aktivem Gas zu erhalten. Die Flächen jeder Zone, d. h., die Winkel, betragen z. B. bei der ersten Absorptionszone: 120°, bei der zweiten Absorptionszone: 120°, bei der Vorkühlzone: 30° und bei der Reaktivierungs- bzw. Desorptionszone: 90°.

Beispiel 2

Ein flaches Papier geringer Dichte, das hauptsächlich aus anorganischen Fasern besteht, und ein gewelltes Papier von derselben Art werden abwechselnd aufeinandergeklebt und in Form einer Rolle laminiert bzw. übereinandergeschichtet, um eine Matrix mit vielen kleinen Kanälen, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hindurchgehen, zu erhalten. Diese Matrix wird mit einem Trockenmittel mit starkem Trocknungsvermögen, wie z. B. Zeolithpulver oder Tonerdegel-Pulver, das in einer wäßrigen Lösung von Wasserglas dispergiert ist, durchtränkt und dann getrocknet. Die getrocknete Matrix wird dann in einer wäßrigen Lösung eines Magnesiumsalzes eingeweicht, um durch die Reaktion zwischen Wasserglas und dem Magnesiumsalz Magnesiumsilicat- Hydrogel zu erzeugen. Durch Waschen und Trocknen der eingeweichten Matrix wird ein Entfeuchtungsrotor erhalten. Magnesiumsilicat-Aerogel, in dem ein Trockenmittelpulver wie z. B. Zeolith gleichmäßig dispergiert ist, ist mit der Matrix fest in einem Stück verbunden. (Ein Entfeuchtungsteil, das synthetischen Zeolith enthält, ist in der JP-Patentanmeldung 1 45 873/1987 der Anmelder, d. h., in der am 9. Juni 1988 eingereichten DE-Patentanmeldung P 38 19 727.8, offenbart.) In diesem Entfeuchtungsrotor wirkt Magnesiumsilicat-Aerogel als Adsorptionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas, und als Adsorptionsmittel für aktives Gas mit außerordentlich hohem Adsorptionsvermögen für in geringer Konzentration in einem inerten Gas enthaltenes aktives Gas wirkt darin z. B. Zeolithpulver oder Tonerdegel-Pulver.

Sektorartige Bauteile S, die in Fig. 3 gezeigt sind, werden an den beiden Endflächen eines Gehäuses angebracht oder gebildet und in der Nähe der beiden Endflächen dieses Entfeuchtungsrotors 1 angeordnet, um den Entfeuchtungsrotor 1, der am Umfang der sektorartigen Bauteile S angebrachte Gummidichtungen berührt, in eine erste Adsorptionszone 2, eine zweite Adsorptionszone 3, eine Vorkühlzone 4, eine erste Reaktivierungszone 5 und eine zweite Reaktivierungszone 11 einzuteilen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Jede dieser Zonen ist durch Rohrleitungen mit einem Gebläse 6 zum Einleiten von Prozeßluft bzw. zu behandelnder Luft, einem Gebläse 7 für gelieferte Luft bzw. Speiseluft, Reaktivierungsluft-Heizeinrichtungen 8 und 12, einem Gebläse 9 zum Einleiten von Reaktivierungsluft, einer Kühleinrichtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft und einem (nicht gezeigten) Rotorantriebsmechanismus verbunden, wie in der Zeichnung gezeigt ist, um ein Adsorptionsgerät zum Adsorbieren von aktivem Gas zu erhalten. Die Flächen jeder Zone, d. h. die Rotationswinkel, betragen z. B. bei der ersten Adsorptionszone: 120°, bei der zweiten Adsorptionszone: 120°, bei der Vorkühlzone: 40°, bei der ersten Reaktivierungszone: 40° und bei der zweiten Reaktivierungszone: 40°.

Beispiel 3

Ein flaches Papier geringer Dichte, das hauptsächlich aus anorganischen Fasern besteht, und ein gewelltes Papier von derselben Art werden abwechselnd aufeinandergeklebt und in Form einer Rolle laminiert bzw. übereinandergeschichtet, um eine Matrix mit vielen kleinen Kanälen, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hindurchgehen, zu erhalten.

In derselben Weise wie in Beispiel 2 der JP-Patentanmeldung 1 45 873/1987 der Anmelder, d. h., in Beispiel 2 der DE-Patentanmeldung P 38 19 727.8, beschrieben, werden zur Herstellung einer ersten Tränkflüssigkeit eine wäßrige Lösung von Wasserglas und synthetishes Zeolithpulver gleichmäßig vermischt. Es wird auch eine zweite Tränkflüssigkeit hergestellt, die nur aus einer wäßrigen Lösung von Wasserglas besteht. Die Matrix wird in zwei Abschnitte eingeteilt, die in Fig. 5 als "a" und "b" gezeigt sind. Die obere Hälfte "a" wird in der ersten Tränkflüssigkeit eingeweicht und damit durchtränkt, und die untere Hälfte "b" wird in der zweiten Tränkflüssigkeit eingeweicht und damit durchtränkt. Dann wird die Matrix erhitzt und getrocknet. Danach wird die Matrix in einer wäßrigen Lösung von Magnesiumsulfat eingeweicht, um durch die chemische Reaktion zwischen Wasserglas und Magnesiumsulfat Magnesiumsilicat-Hydrogel zu erzeugen. Die Matrix wird gewaschen und zum Trocknen erhitzt, um einen Entfeuchtungsrotor zu erhalten, bei dem der Abschnitt "a" aus Magnesiumsilicat-Aerogel mit darin dispergiertem synthetischem Zeolith besteht und der Abschnitt "b" aus Magnesiumsilicat- Aerogel besteht, die beide mit der als Gerüst dienenden Matrix aus anorganischen Fasern in einem Stück verbunden sind.

Sektorartige Bauteile S, die in Fig. 3 gezeigt sind, werden an den beiden Endflächen eines Gehäuses angebracht oder gebildet und in der Nähe der beiden Endflächen dieses Entfeuchtungsrotors 1 angeordnet, um den Entfeuchtungsrotor 1, der am Umfang der sektorartigen Bauteile S angebrachte Gummidichtungen berührt, in eine erste Adsorptionszone 2, eine zweite Adsorptionszone 3, eine Vorkühlzone 4, eine erste Reaktivierungszone 5 und eine zweite Reaktivierungszone 11 einzuteilen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Jede dieser Zonen ist durch Rohrleitungen mit einem Gebläse 6 zum Einleiten von Prozeßluft bzw. zu behandelnder Luft, einem Gebläse 7 für gelieferte Luft bzw. Speiseluft, Reaktivierungsluft-Heizeinrichtungen 8 und 12, einem Gebläse 9 zum Einleiten von Reaktivierungsluft und einer Kühleinrichtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft verbunden, wie in der Figur gezeigt ist, um ein Adsorptionsgerät zum Adsorbieren von aktivem Gas zu erhalten. Die Fläche jeder Zone ist fast dieselbe wie im Fall von Beispiel 2.

Nachstehend wird als Beispiel ein Luftentfeuchtungsprozeß erläutert. Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft TA, die entfeuchtet werden soll, wird durch das Gebläse 6 in die erste Sorptionszone 2 des Entfeuchtungsrotors 1 eingeleitet und entfeuchtet. Sie wird dann vorzugsweise durch die Kühleinrichtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft hindurchgeleitet und durch Kühlwasser 13 abgekühlt. Sie wird dann für die zweite Entfeuchtung in die zweite Sorptionszone 3 eingeleitet. Bei diesem Prozeß wird entfeuchtete Luft mit niedrigem Taupunkt erhalten und durch das Gebläse 7 als Speiseluft SA geliefert bzw. bereitgestellt.

Nachstehend wird der Prozeß der Desorption von Wasserdampf, d. h., der Reaktivierung des Entfeuchtungsrotors, erläutert. Vorkühlluft PA, vorzugsweise ein Teil der bei dem vorstehend beschriebenen Entfeuchtungsprozeß erhaltenen entfeuchteten Luft SA, wird in die Vorkühlzone 4 eingeleitet, um den Entfeuchtungsrotor vorzukühlen, und dann durch die Reaktivierungsluft- Heizeinrichtung 8 erhitzt, um Reaktivierungsluft RA mit hoher Temperatur und geringem Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten. Die Reaktivierungsluft RA wird durch die Reaktivierungszone 5 hindurchgeleitet, um Feuchtigkeit, die in dem Entfeuchtungsrotor sorbiert worden ist, zu desorbieren und den Entfeuchtungsrotor zu reaktivieren.

In den Fällen der Beispiele 2 und 3, d. h., in den Fällen, bei denen die Reaktivierungszone in die erste Reaktivierungszone 5 und die zweite Reaktivierungszone 11 eingeteilt ist, wird die Vorkühlluft PA, vorzugsweise ein Teil der bei dem vorstehend erwähnten Entfeuchtungsprozeß erhaltenen entfeuchteten Luft SA, zuerst in die Vorkühlzone 4 eingeleitet, um den Entfeuchtungsrotor vorzukühlen, und dann durch die Reaktivierungsluft-Heizeinrichtung 8 bis auf etwa 180°C erhitzt, um Reaktivierungsluft RA₁ mit hoher Temperatur und geringem Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten. Die Reaktivierungsluft RA₁ wird durch die erste Reaktivierungszone 5 hindurchgeleitet, um Feuchtigkeit, die in dem Entfeuchtungsrotor sorbiert worden ist, zu desorbieren. Diese Reaktivierungsluft RA₁ hat am Auslaß der ersten Reaktivierungszone 5 eine auf weniger als etwa 100°C verminderte Temperatur und einen etwas höheren Feuchtigkeitsgehalt; sie zeigt noch ein gewisses Reaktivierungsvermögen und wird als Reaktivierungsluft RA₂ durch die zweite Reaktivierungszone 11 hindurchgeleitet, um die sorbierte Feuchtigkeit zu entfernen. In einem solchen Fall kann die Reaktivierungsluft durch die Reaktivierungsluft- Heizeinrichtung 12 erhitzt werden, um den Wirkungsgrad der Reaktivierung zu verbessern, d. h., um die relative Feuchtigkeit der Reaktivierungslüfte RA₁ und RA₂ durch Änderung der Temperaturen der Reaktivierungsluft-Heizeinrichtung 8 und 12 zu steuern.

Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft und Reaktivierungsluft wirken in der vorstehend beschriebenen Weise auf jede Zone des Entfeuchtungsrotors ein, wenn das Hindurchleiten durch jede Zone des Entfeuchtungsrotors befolgt worden ist. Nachstehend wird der Entfeuchtungsprozeß mit dem in Beispiel 3 offenbarten Entfeuchtungsgerät, d. h., mit dem Beispiel von Fig. 4, unter dem Gesichtspunkt erläutert, wie ein bestimmter Abschnitt des Entfeuchtungsrotors wechselseitig mit der Prozeßluft bzw. der zu behandelnden Luft und der Reaktivierungsluft zusammenwirkt, während der Entfeuchtungsrotor einmal in Richtung des dargestellten Pfeiles rotiert.

Der Rotorabschnitt, bei dem adsorbierte Feuchtigkeit in den Reaktivierungszonen 11 und 5 desorbiert wurde und der in der Vorkühlzone 4 durch Vorkühlluft PA, die Normaltemperatur hat oder etwas wärmer als Normaltemperatur ist, gekühlt wurde, entfeuchtet zuerst in der zweiten Adsorptionszone 3 die Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft TA, die schon durch den ersten Adsorptionsprozeß hindurchgegangen und (z. B. auf 30°C) abgekühlt worden ist. Diese weitere Entfeuchung in der zweiten Adsorptionszone 3 erfolgt durch ein Trockenmittel mit ausgezeichnetem Adsorptionsvermögen, hauptsächlich durch Zeolith, um Luft, die einen äußerst niedrigen Taupunkt hat, zu erzeugen und als Speiseluft SA zu liefern bzw. bereitzustellen. Zweitens entfeuchtet dieser Rotorabschnitt in der ersten Adsorptionszone 2 Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft TA, z. B. Außenluft (die beispielsweise eine Temperatur von 20°C hat). Die Entfeuchtung in der ersten Adsorptionszone 2 erfolgt hauptsächlich durch Metallsilicat- Aerogel. Folglich wird bei diesem Rotorabschnitt, der Feuchtigkeit adsorbiert hat und dessen Temperatur etwas höher geworden ist, Feuchtigkeit, die an dem Metallsilicat-Aerogel adsorbiert ist, in der zweiten Reaktivierungszone 11 durch Reaktivierungsluft RA₂ mit einer Temperatur von etwa 120°C desorbiert, um Aerogel zu reaktivieren, und dann wird Zeolith, d. h. ein Trockenmittel, das eine höhere Aktivierungstemperatur erfordert, in der ersten Reaktivierungszone 5 durch Reaktivierungsluft RA₁ mit einer Temperatur von etwa 180°C reaktiviert, und der Rotorabschnitt wird in der Vorkühlzone 4 auf Normaltemperatur oder fast auf Normaltemperatur abgekühlt, indem Vorkühlluft PA, vorzugsweise ein Teil der entfeuchteten Speiseluft SA, in die Vorkühlzone 4 eingeleitet wird. Dieser vorstehend beschriebene Prozeß wird wiederholt.

In den Beispielen 2 und 3 wurde Magnesiumsilicat-Aerogel als Adsorptionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas und z. B. Zeolith oder Tonerdegel als Adsorptionsmittel für aktives Gas mit außerordentlich hohem Adsorptionsvermögen für in geringer Konzentration in inertem Gas enthaltenes aktives Gas verwendet.

Die vorstehend erläuterten Beispiele dienen der Erzeugung von Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt durch Adsorbieren von in der Luft enthaltener Feuchtigkeit mittels einer Kombination der beiden Adsorptionsmittel für aktives Gas. Anstelle des vorstehend erwähnten Magnesiumsilicat-Aerogels kann als Adsorptionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas z. B. Aluminiumsilicat- Aerogel oder Kiesel-Aerogel verwendet werden, und es kann eine Kombination dieser Adsorptionsmittel mit z. B. Zeolith oder Tonerdegel verwendet werden. Anstelle von Zeolith oder Tonerdegel kann als Adsorptionsmittel für aktives Gas z. B. Aktivkohle oder aktivierter Ton (Walkerde bzw. Bleicherde) verwendet werden, und es ist möglich, solche festen Adsorptionsmittel zusammen mit einem oder mehr als einem Vertreter der Aerogele von Silicaten von z. B. Aluminium, Magnesium oder Calcium zu verwenden. Ferner können Kieselgel, Tonerdegel und andere der vorstehend erwähnten festen Adsorptionsmittel einzeln verwendet werden.

Andererseits können als inerte Gase außer der vorstehend erwähnten Luft z. B. Gase wie Stickstoff oder Argon verwendet werden. Als aktive Gase, die in inertem Gas enthalten sind und die entfernt werden sollten, können außer dem vorstehend erwähnten Wasserdampf Kohlenmonoxid, Schwefeloxide, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Dämpfe organischer Lösungsmittel und verschiedene andere übelriechende Substanzen erwähnt werden. Je nach der Art und anderen Eigenschaften des aktiven Gases, das aus dem inerten Gas entfernt werden soll, kann nur ein Sorptionsmittel für aktives Gas oder eine Kombination von mindestens zwei Arten von Sorptionsmitteln für aktives Gas verwendet werden. Es ist auch möglich, die Sorptionszone in mehr als zwei Zonen einzuteilen, um einen mehrstufigen Sorptionsvorgang durchzuführen. Andererseits kann die Reaktivierungszone eine einzige Zone sein; sie kann jedoch in mindestens zwei Abschnitten eingeteilt werden, und in der nachstehend erwähnten Weise kann Energie gespart werden, wenn die Reaktivierungstemperatur der Reihe nach erhöht und eine mehrstufige Reaktivierung durchgeführt wird.

Fig. 6 zeigt Kenndaten bzw. Meßwerte einer gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel 3 unter den folgenden Bedingungen durchgeführten Luftentfeuchtung, d. h. den Taupunkt und die Temperatur der entfeuchteten Luft am Auslaß (Gebläse 7) des Entfeuchtungsgeräts:

Papiere: Papier aus anorganischen Fasern (Siliciumdioxid-Aluminiumoxid) mit einem geringen Gehalt an organischen Kunstfasern; Rohdichte: 0,3 bis 0,45 g/cm³; Dicke: 0,15 bis 0,25 mm.
Wellung: Abstand: 3,2 mm; Wellenhöhe: 1,8 mm.
Breite des Entfeuchtungsrotors: 400 mm.
Durchmesser des Entfeuchtungsrotors: 320 mm.
Temperatur der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft am Einlaß der ersten Adsorptionszone: 15°C.
Temperatur der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft am Einlaß der zweiten Adsorptionszone: 11°C.
Temperatur der Reaktivierungsluft am Einlaß der ersten und der zweiten Reaktivierungszone: 150°C.
Wind- bzw. Strömungsgeschwindigkeit der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft: 1,5 m/s.
Wind- bzw. Strömungsgeschwindigkeit der Reaktivierungsluft: 1,5 m/s.
Rotationsgeschwindigkeit des Entfeuchtungsrotors: 3,5 Rotationen/h.

In der graphischen Darstellung zeigt die Abszisse die absolute Feuchtigkeit (g/kg) der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft TA am Einlaß der ersten Adsorptionszone, und die Ordinate zeigt den Taupunkt (°C; kleine weiße Kreise) und die Temperatur (°C; kleine schwarze Kreise) der entfeuchteten Luft SA am Auslaß der zweiten Adsorptionszone.

Ein Beispiel für die Meßwerte ist nachstehend gezeigt:

Weil die Erfindung den vorstehend erwähnten Aufbau hat, ist es nicht notwendig, wie nach dem Stand der Technik zwei Sorptionsrotoren in einer Reihe anzuordnen, um einen zweistufigen Sorptionsvorgang durchzuführen: Ein einziger Sorptionsrotor, der mit einer Antriebseinrichtung, einem Gehäuse, Dichtungen, Rohrleitungen usw. ausgestattet ist, genügt, um ein inertes Gas zu erhalten, bei dem aktive Gase sorbiert und bis zu der erforderlichen geringen Konzentration entfernt worden sind. Nachstehend werden die Erfindung und der Stand der Technik unter den Bedingungen verglichen, daß das Trockenmittel, der Durchmesser der kleinen Kanäle des Entfeuchtungsrotors, die Breite des Entfeuchtungsrotors und die Wind- bzw. Strömungsvolumina/h der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft und der Reaktivierungsluft dieselben sind. Bei dem erfindungsgemäßen Sorptionsgerät genügt ein einziger Entfeuchtungsrotor mit einem Durchmesser von 750 mm, um einen Entfeuchtungsvorgang durchzuführen, bei dem nach dem bekannten Verfahren zwei Entfeuchtungsrotoren mit einem Durchmesser von 500 mm benötigt wurden, um Luft mit einem äußerst niedrigen Taupunkt von weniger als -80°C zu erhalten. Dies bedeutet, daß der Aufbau einfacher ist, daß die Kosten infolgedessen geringer sind, daß Energiekosten in hohem Maße gespart werden können, daß die Aufstellungsfläche klein ist und daß die Wartungskosten herabgesetzt werden können.

Bei den vorstehend erwähnten Beispielen für die Entfeuchtung ist das Entfeuchtungsvermögen des Entfeuchtungsrotors um so niedriger, je höher seine Temperatur ist. Infolgedessen wird mit einem Rotorabschnitt, nachdem er desorbiert und reaktiviert worden ist, ein Entfeuchtungsvorgang erst durchgeführt, nachdem er in der Vorkühlzone 4 vorgekühlt worden ist, wobei die Vorkühlung durchgeführt wird, indem durch die Vorkühlzone 4 Vorkühlluft PA hindurchgeleitet wird, die fast Normaltemperatur hat und vorzugsweise ein Teil der entfeuchteten Luft SA mit äußerst geringem Feuchtigkeitsgehalt ist. Als Teil der Vorkühlluft PA kann Außenluft eingeleitet werden, die vorzugsweise eine niedrige Temperatur und einen geringen Feuchtigkeitsgehalt hat.

Beim Entfeuchtungsvorgang wird zuerst in der zweiten Entfeuchtungszone 3 die Luft mit geringem Feuchtigkeitsgehalt, d. h. die Luft, die in der ersten Entfeuchtungszone 2 in beträchtlichem Maße entfeuchtet worden ist, weiter entfeuchtet, bis der erforderliche niedrige Taupunkt erzielt worden ist. Dann ist der Rotorabschnitt, der etwas Feuchtigkeit enthält, die gerade in der zweiten Entfeuchtungszone 3 sorbiert worden ist, imstande, in der ersten Entfeuchtungszone 2 einen beträchtlichen Anteil der Feuchtigkeit zu sorbieren, die in der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft enthalten ist.

Wenn beim Reaktivierungsprozeß entfeuchtete Luft, die zuerst zum Vorkühlen verwendet worden ist und deren Temperatur infolgedessen angestiegen ist, durch die Reaktivierungsluft-Heizeinrichtung 8 erhitzt und als Reaktivierungsluft RA verwendet wird, ist ihre relative Feuchtigkeit niedriger und infolgedessen die Reaktivierungswirkung größer als in dem Fall, daß nur Außenluft erhitzt und als Reaktivierungsluft verwendet wird. Die Reaktivierung kann in einem Schritt durchgeführt werden, wie es in Beispiel 1 gezeigt ist, und kann auch vorzugsweise in zwei Schritten durchgeführt werden, wie es vorstehend in den Beispielen 2 und 3 gezeigt wurde, bei denen die zweite Reaktivierungszone 11 und die erste Reaktivierungszone 5 bereitgestellt werden, um die Desorption und die Reaktivierung in zwei Schritten durchzuführen. In diesem Fall kann Reaktivierungsabluft mit ziemlich hoher Temperatur, die aus der ersten Reaktivierungszone 5 abgelassen wird, zur Reaktivierung in der zweiten Reaktivierungszone 11 wiederverwendet werden, und auf diese Weise kann Wärmeenergie gespart werden. Im Fall des vorstehend erwähnten Beispiels 2, bei dem zwei Arten von Sorptionsmitteln zusammen verwendet werden, kann Reaktivierungsabluft, die aus der ersten Reaktivierungszone abgelassen wird und eine etwas niedrige Temperatur und eine etwas hohe Feuchtigkeit hat, jedoch noch eine ausreichend hohe Temperatur und eine ausreichend niedrige Feuchtigkeit für eine Reaktivierung in einem normalen Ausmaß behalten hat, verwendet werden, um in der zweiten Reaktivierungszone 11 ein Sorptionsmittel wie z. B. Magnesiumsilicat-Aerogel zu reaktivieren, das bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, z. B. bei 80 bis 110°C, desorbiert und reaktiviert werden kann. In diesem Fall kann Abluft aus der Vorkühlzone 4, die eine hohe Temperatur und eine niedrige relative Feuchtigkeit hat, in der ersten Reaktivierungszone 5 zum Reaktivieren eines Sorptionsmittels wie z. B. Zeolith verwendet werden, das für die Reaktivierung eine hohe Temperatur benötigt. Wenn eine Art eines Sorptionsmittels verwendet wird oder wenn mindestens zwei Arten von Sorptionsmitteln, die fast dieselben Reaktivierungstemperaturen haben, zusammen verwendet werden, kann die Reaktivierungszone eine einzige Zone sein, wie es in Beispiel 1 (Fig. 1) gezeigt ist.

In den Beispielen 1 und 3 (Fig. 1 und 4) ist veranschaulicht, daß in dem Sorptionsrotor Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft nach oben und Reaktivierungsluft nach unten, d. h., in entgegengesetzter Richtung, strömt. Diese Richtungen können durch die entsprechende Anordnung der Rohrleitungswege nach Belieben verändert werden. Vom Standpunkt der Ausnutzung von Abwärme ist jedoch der Wirkungsgrad der Entfeuchtung höher, wenn Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft und Reaktivierungsluft in zueinander entgegengesetzter Richtung strömen.

Was die Strömung der Reaktivierungsluft in dem Sorptionsrotor betrifft, so sinkt die Temperatur der Reaktivierungsluft deutlich, während sie durch die Reaktivierungszone hindurchströmt, und ihr Reaktivierungsvermögen nimmt in der Nähe des Auslasses schnell ab, wie durch die Linie 5 in Fig. 7 gezeigt wird. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Reaktivierungszone in die erste Reaktivierungszone 5 und die zweite Reaktivierungszone 11 einzuteilen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, und die Strömungsrichtungen der Reaktivierungsluft in den Reaktivierungszonen einander entgegengesetzt zu wählen. Der Temperaturabfall der zwei Reaktivierungslüfte wird derart, wie es in Fig. 7 durch die Vollinie 5 und die strichpunktierte Linie 11 gezeigt ist. Wenn die Erhitzungswirkungen der zwei Reaktivierungslüfte addiert werden, sinkt die Temperatur nicht extrem vom Einlaß (Auslaß) zum Auslaß (Einlaß), was bedeutet, daß die Reaktivierung in dem gesamten Bereich in ausreichendem Maße und fast gleich durchgeführt wird.

Bei dem Sorptionsprozeß, z. B. bei dem Prozeß der Entfeuchtung von Luft mit verhältnismäßig hohem Feuchtigkeitsgehalt durch ein Sorptionsmittel, wird vorgeschlagen, die Querschnittsfläche der ersten Sorptionszone 2 auszudehnen und die der zweiten Sorptionszone 3 zu vermindern, so daß die Feuchtigkeit, die in der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft enthalten ist, zuerst größtenteils sorbiert wird, während die Luft langsam durch die erste Sorptionszone 2 hindurchströmt, und daß dann eine geringe Feuchtigkeitsmenge, die in der Prozeßluft mit einem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt zurückgeblieben ist, sorbiert wird, während die Luft schnell durch die zweite Sorptionszone 3 hindurchströmt. Auf diese Weise kann ohne Anwendung einer Kühleinrichtung 10 wirksam trockene Luft erhalten werden.

Der in Beispiel 3 (Fig. 4 und 5) erwähnte untere Abschnitt des Sorptionsrotors 1 besteht hauptsächlich aus Magnesiumsilicat- Aerogel, d. h., aus einem Sorptionsmittel mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Entfeuchtungsvermögen, das bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur desorbiert und reaktiviert werden kann, und der obere Abschnitt des Sorptionsrotors ist aus dem Magnesiumsilicat-Aerogel und einem Sorptionsmittel wie z. B. Zeolith, das einen äußerst hohen Wirkungsgrad der Adsorption von Feuchtigkeit, die in niedriger Konzentration in Luft enthalten ist, hat und bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur desorbiert und reaktiviert wird, gebildet. Wenn in einem Entfeuchtungsprozeß mit einem solchen Sorptions- bzw. Entfeuchtungsrotor Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft von unten eingeleitet wird, wird ein beträchtlicher Anteil der Feuchtigkeit, die in der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft enthalten ist, im unteren Abschnitt des Entfeuchtungsrotors durch Magnesiumsilicat-Aerogel adsorbiert und entfernt, und dann wird die restliche Flüssigkeit im oberen Abschnitt des Entfeuchtungsrotors hauptsächlich durch Zeolith usw. weiter adsorbiert. Auf diese Weise kann Feuchtigkeit, die in der Luft enthalten ist, weiter adsorbiert und entfernt werden, um eine Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt zu erhalten. Wenn beim Desorptionsprozeß die Reaktivierungsluft von oben eingeleitet wird, nimmt zwar die Temperatur dieser Reaktivierungsluft allmählich ab, während die durch die kleinen Kanäle des Entfeuchtungsrotors hindurchströmt, jedoch wird im oberen Abschnitt des Entfeuchtungsrotors ein Sorptionsmittel wie z. B. Zeolith, das für die Desorption und für die Aktivierung eine verhältnismäßig hohe Temperatur benötigt, durch Reaktivierungsluft mit hoher Temperatur reaktiviert, und dann wird im unteren Abschnitt des Entfeuchtungsrotors Magnesiumsilicat-Aerogel, das für die Desorption und für die Aktivierung eine verhältnismäßig niedrige Temperatur benötigt, durch Reaktivierungsluft, deren Temperatur etwas vermindert ist, reaktiviert. Auf diese Weise kann die Reaktivierungswärmeenergie wirksam ausgenutzt werden.

Bei der Sorption aktiver Gase durch feste Sorptionsmittel, wozu die vorstehend beschriebenen Fälle der Entfeuchtung gehören, besteht im allgemeinen die Neigung, daß die Sorptionsgeschwindigkeit um so höher ist, je niedriger die Temperatur ist, und daß die Sorption um so schwerer vonstatten geht und die Desorptionsreaktion um so weiter fortschreitet, je höher die Temperatur ist. Infolgedessen kann auch in den Fällen der Sorption aktiver Gase, die von Wasserdampf verschieden sind, genau dieselbe Wirkung erzielt werden, indem ein Sorptionsmittel oder eine Kombination von Sorptionsmitteln, das oder die für jedes zu sorbierende aktive Gas geeignet ist, gewählt wird.

Bei einem Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas mit einem Sorptionsrotor (1) zum Sorbieren von aktivem Gas, sektorartigen Bauteilen (S), Rohrleitungen und Gebläsen (6, 7, 9)
hat der Sorptionsrotor eine zylindrische Wabenstruktur, wobei auf der Oberfläche vieler kleiner Kanäle in der Wabenstruktur ein oder mehr als ein Sorptionsmittel für aktives Gas freiliegt, und
teilen die sektorartigen Bauteile den Sorptionsrotor in zwei oder mehr als zwei Sorptionszonen (2, 3), eine Vorkühlzone (4) und eine oder mehr als eine Reaktivierungszone (5; 5, 11) ein,
wobei in zwei Sorptionszonen aufeinanderfolgend ein inertes Gas wie z. B. eine Prozeßluft bzw. eine zu behandelnde Luft (TA) eingeleitet wird, um ein oder mehr als ein aktives Gas wie z. B. Wasserdampf, das in dem inerten Gas enthalten ist, zu entfernen, und
beispielsweise entfeuchtete Luft (SA) von etwa -80°C unter Anwendung eines Entfeuchtungsrotors geliefert werden kann.

Claims (6)

1. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas, gekennzeichnet durch einen Sorptionsrotor (1) zum Sorbieren von aktivem Gas, der eine zylindrische Form mit vielen kleinen Kanälen hat, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hindurchgehen, wobei auf der Oberfläche jedes kleinen Kanals ein Sorptionsmittel für aktives Gas erscheint bzw. vorhanden ist, und der aus verschiedenen Zonen besteht, die während seiner Rotation jeweils der Reihe nach als zwei oder mehr als zwei Sorptionszonen (2, 3), als eine Vorkühlzonoe (4) und als eine oder mehr als eine Reaktivierungszone (5; 5, 11) wirken (wodurch das Sorptionsgerät imstande ist, in einem inerten Gas (TA) vorhandene aktive Gase zu sorbieren, um ein inertes Gas (SA) zu erhalten, das aktive Gase in geringer Konzentration enthält).

2. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Gas Wasserdampf und das Sorptionsgerät ein Entfeuchtungsgerät ist.

3. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel für aktives Gas ein Absorptionsmittel für aktives Gas ist.

4. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel für aktives Gas ein Adsorptionsmittel für aktives Gas ist.

5. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel für aktives Gas eine Mischung aus einem Adsorptionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas und einem Adsorptionsmittel für aktives Gas mit außerordentlich hohem Adsorptionsvermögen für in geringer Konzentration in inertem Gas enthaltenes aktives Gas ist.

6. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas aus Kiesel-Aerogel und Metallsilicat- Aerogelen ausgewählt ist und das Adsorptionsmittel für aktives Gas mit außerordentlich hohem Adsorptionsvermögen für in geringer Konzentration in inertem Gas enthaltenes aktives Gas ein Zeolith ist.