DE4039951A1

DE4039951A1 - Hitzebestaendiger adsorptionsfilter

Info

Publication number: DE4039951A1
Application number: DE19904039951
Authority: DE
Inventors: Hasso Von Bluecher; Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1992-06-17

Description

Die klassische Form des Adsorptionsfilters ist der Schüttfilter. Es handelt sich dabei grundsätzlich um einen mit Adsorbentien gefüllten Behälter, der durch die zu reinigenden Gase bzw. Flüssigkeiten durchströmt wird. Dabei dürfen die Adsorbentien, die meist als kleine Zylinder vorliegen, eine Teilchengröße nicht unterschreiten, damit der Durchflußwiderstand nicht zu hoch wird. Weil aber mit verhältnismäßig kleinen Teilchen wesentlich bessere Adsorptionsleistungen sowie eine viel schnellere Desorption erreicht werden, ist man teilweise dazu übergegangen, kleine Adsorptionsteilchen an einer dreidimensionalen Matrix zu fixieren, so daß der Durchfluß größtenteils durch die Matrix bestimmt wird und sehr kleine Adsorberteilchen verwendet werden können. Eine Ausführungsform, die sich bewährt hat und immer breitere Anwendung findet, besteht aus einem großporigen, retikulierten PU-Schaum, an dessen Stegen Aktivkohlekügelchen mit Durchmesser von ca. 0,2-1 mm zum Haften gebracht werden. Wegen der geringen Temperaturbeständigkeit des Trä gers sowie der Haftmasse können solche Filter nur bis ca. 150°C desorbiert werden, so daß eventuell vorhandene Hochsieder nicht mehr entfernt werden können und die Adsorptionskapazität reduziert wird. Dieser sehr gravierende Nachteil wird aber wegen der Vorteile der verschiedenen Filter - geringer Druckverlust, sehr gute Kinetik - in Kauf genommen. Es gibt zwar hitzebe ständige Träger aus Keramik, die mit hitzebeständigen Adsorbentien - z. B. Zeolithe - besetzt sind, doch haben diese Ausführungen noch keine große Verbreitung gefunden. Auch wurden Träger aus Glasfasern, Metallgittern usw. vorgeschlagen, aber diese Ausführungen sind nicht einfach herzustellen.

Es war Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Filter zu schaffen, welcher neben einem geringen Druckverlust und ausgezeichneter Adsorptionskinetik auch eine ausgeprägte Hitzebeständigkeit aufweist.

Der erfindungsgemäße Filter besteht aus einer Anzahl parallel angeordneter Bleche, die flach oder leicht gewellt sein können, und deren Oberfläche auf einen oder auf beiden Seiten mit hitzebeständigen Adsorbentien bedeckt ist, wobei die Haftmasse ebenfalls hitzebeständig ist.

Als Träger werden Bleche, insbesondere solche aus rostfreiem Stahl, bevor zugt, die flach oder auch leicht gewellt sein können, obschon auch andere Träger, z. B. Keramikplatten durchaus geeignet sind. Auch Matten aus Glas- bzw. Mineralfaser, die dann allerdings in einem geeigneten Rahmen einge spannt werden müssen, können als Träger dienen. Diese Bleche werden in horizontaler Lage mit einem Emaille beaufschlagt, bis über den Schmelzpunkt des letzteren erhitzt und mit hitzebeständigen Adsorbentien bestreut. Dabei sind die für die Erfindung bevorzugten Adsorbentien Molekularsiebe. Soll der Filter auch in Gegenwart von Feuchtigkeit seine Wirksamkeit behalten, soll ten hydrophobe Zeolithe, auch manchmal entaluminisierte Zeolithe genannt, verwendet werden. Nach dem Enthärten des Emailles wird das Blech umgedreht und der Überschuß an Adsorbern abgeschüttelt. Soll nun auch die 2. Seite mit Adsorbentien bedeckt werden, muß als Haftmasse ein niedriger schmelzendes Emaille verwendet werden, um bei der Behandlung der 2. Seite die jetzt nach unten zeigende zuerst beladene Seite nicht zu beschädigen.

Nicht uninteressant als Adsorber sind auch Aktivkohlekügelchen auf Pech basis. Sie sind sehr hitzebeständig und vertragen mehrmals abgebrannt zu werden. Allerdings sollte man während der "heißen Phase" der Herstellung unter Luftausschluß arbeiten. Der Durchmesser der Aktivkohlekügelchen be trägt ca. 0,2-1 mm.

Die so hergestellten Filterplatten werden nun in einer geeigneten Vorrich tung parallel angeordnet. Dabei sollte der Spalt zwischen den Adsorberteil chen je nach zu lösender Aufgabe 0,1 bis etwa 3 mm betragen. Bei einseitig beladenen Blechen kann die glatte Seite die Adsorberteilchen des nächsten Bleches berühren. Selbst bei einem größeren Spalt kommt es zur Adsorption. Dafür sorgen Turbulenzen und nicht zuletzt die Brownschen Bewegungen der Gasmoleküle.

Grundsätzlich ist die Dicke der Bleche unbedeutend, es sei denn, daß zu dicke Bleche unnötiges Gewicht und totes Volumen bedeuten, und daß zu dünne Bleche zu wenig Stabilität bieten. Allgemein gilt, daß für größere Filter stärkere Bleche benötigt werden.

Die Tiefe der Filter bzw. die Weglänge durch den Filter hindurch hängt von der Aufgabenstellung ab. Bei einer Beladung mit etwa 50 g Zeolithe in Form von Pellets von 0,3 mm und einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s werden bei normal adsorbierten Stoffen, wie z. B. Kohlenwasserstoffe, Weglängen von ca. 50 cm benötigt. Der Durchgangswiderstand beträgt ca. 1/10 des Widerstan des eines Schüttfilters gleicher Leistung.

Beispiel:

Ein 20×30 cm großes Blech (Dicke 0,2 mm) aus Edelstahl wurde gleichmäßig mit einem Emaille (Glas)pulver mit Schmelzpunkt 518°C bedeckt (Gewicht Emaille: 3 g, bzw. ca. 45 g/m²) und auf 550°C in einem Ofen erhitzt. Dann wurden Pellets (0 ca. 0,3 mm) eines Na Zeoliths mit Poren von ca. 4 Å im Überschuß aufgebracht. Nach Erstarren des Emailles wurden nicht haftende Zeolithpellets mit einer weichen Bürste entfernt. Es können so ca. 4 g Zeolith pro Platte dauerhaft fixiert werden.

Nachdem 20 weitere Bleche in der Art behandelt worden waren, wurden diese wie in Fig. I zusammengebracht. Dabei blieben die 20 cm langen Kanten offen, während die 30 cm langen Kanten durch den die Bleche zusammenhaltenden Rah men abgedichtet wurden. Zwischen den Blechen war ein Spalt von ca. 1 mm, so daß die Stirnfläche des Filters 3×20 cm betrug. Die Weglänge, die für die Adsorption zur Verfügung stand, betrug 30 cm. Das Testgas, 5 Vol-% n- Hexan in Luft, wurde über eine mit Schikanen versehene Flachdüse geführt, um eine einigermaßen gleichmäßige Verteilung über die Stirnfläche des Filters zu erreichen. Die Testgasmenge betrug 600 ml/s, so daß eine Lineargeschwin digkeit von 30 cm/s bzw. eine Kontaktzeit von 1 s vorlag. Nach einer Adsorp tion von 16 g begann das Hexan durchzubrechen.

Claims

1. Hitzbeständiger Adsorptionsfilter, bestehend aus einer Anzahl parallel angeordneter flacher oder leicht gewellter Platten, welche mit hitze beständigen Adsorbentien beaufschlagt sind, die durch eine ebenfalls hitzebeständige Haftmasse festgehalten werden.

2. Hitzebeständiger Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die plattenförmigen Träger Bleche, bevorzugterweise Edelstahlbleche, sind.

3. Hitzebeständiger Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die plattenförmigen Träger aus Keramik bestehen.

4. Hitzebeständiger Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftmasse ein Emaille bzw. Glas ist, welches als Pulver bzw. Schlicker aufgetragen ist.

5. Hitzebeständiger Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständigen Adsorbentien Zeolithe sind.

6. Hitzebeständiger Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständigen Adsorbentien hydrophobe Zeolithe sind.

7. Hitzebeständiger Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständigen Adsorbentien Aktivkohlekügelchen auf Pechbasis sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines hitzebeständigen Adsorptionsfilters, bestehend aus parallel angeordneten Blechen aus rostfreiem Stahl, an denen hitzebeständige Adsorbentien zum Haften gebracht sind, wobei zu erst die eine Seite des Blechs mit einem Emaille als Haftmasse beauf schlagt wird, das Emaille zum Schmelzen gebracht wird und mit den hitzebeständigen Adsorbentien bestreut wird, und wobei anschließend nach teilweiser Abkühlung die andere Seite mit einem bei niedrigeren Tempera turen schmelzenden Emaille beaufschlagt wird (so daß bei dessen Auf schmelzen die auf der anderen Seite aufgebrachte Emaille-Schicht nicht erweicht), das Emaille zum Schmelzen gebracht wird und mit den Adsor bentien bestreut wird.