DE4225272A1 - Adsorptionsfilter - Google Patents

Adsorptionsfilter

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Description

Mit steigendem Umweltbewußtsein bzw. strengeren Auflagen für Abluftströme sind Adsorptionsfilter in zunehmendem Maße ein Bestandteil moderner Tech­ nik zur Reinigung von Luft. Neben der Abluftreinigung in der Industrie gewinnt auch die Reinigung der Zuluft immer mehr an Bedeutung. Das meist verwen­ dete Adsorbens ist noch immer Aktivkohle, obschon polymere Adsorbentien, meist auf Basis von Styrol und Divinylbenzol, besonders für die Lösemittelrück­ gewinnung, eine interessante Alternative darstellen.
In den meisten Fällen befinden sich die Adsorbentien als Schüttung in einem Behälter, der von dem zu reinigenden Gas durchströmt wird. Ein derartiges Schüttfilter hat als wesentlichen Nachteil, daß die Teilchengröße des Adsor­ bens immer nur ein Kompromiß sein kann: für die Adsorptionskinetik sind klei­ ne Teilchen vorteilhaft, ein geringer Druckverlust läßt sich aber nur durch gro­ ße Teilchen erreichen. Desweiteren wird das Innere großer Adsorberteilchen wegen der langen Diffusionswege schlecht genutzt. Aus diesem Grund wurde versucht, den zwingenden Zusammenhang zwischen Druckverlust (Strö­ mungswiderstand) und Adsorptionskinetik zu entkoppeln, indem kleine Adsor­ berteilchen mittels einer Haftmasse auf einer offenporigen oder weitmaschigen Trägermatrix fixiert wurden: nach diesem Prinzip hergestellte Filter haben bei gleicher Leistung einen bis zu 10 × kleineren Strömungswiderstand.
In den meisten Fällen wird das Filter nach Sättigung durch Desorption des Ad­ sorbats regeneriert. Grundsätzlich bieten sich hierfür 2 Methoden an: Erhö­ hung der Temperatur (thermische Desorption) und Reduzierung des Drucks. Die thermische Desorption kann mit Heißdampf oder mit Heißgas (Luft, Stick­ stoff . . .) durchgeführt werden. Die Heißdampfdesorption bietet als Vorteil die hervorragende Wärmeübertragung (Kondensationswärme), hat aber den Nachteil, daß Abwasserprobleme auftreten können und in den meisten Fällen das Adsorbens getrocknet werden muß. Bei der Heißgasdesorption ist die Wärmeübertragung schlecht und es müssen große Gasvolumina aufgeheizt werden.
Die vorliegende Erfindung besteht grundsätzlich darin, daß an einem aufheiz­ baren Träger Adsorberteilchen fixiert sind. Eine bevorzugte Ausführung ist, daß der Träger elektrisch leitend ist und nach dem Ohm′schen Gesetz aufge­ heizt wird. Eine andere Ausführung besteht darin, daß der Träger durch eine heiße Flüssigkeit durchströmt wird. Bei der Desorption werden die Adsorber­ teilchen durch den Träger aufgeheizt, so daß nun mehr sehr kleine Gasmen­ gen benötigt werden, um das durch die Wärme ausgetriebene Adsorbat weg­ zuführen. Die dabei auftretenden Konzentrationen sind ganz wesentlich höher als bei der üblichen Heißgasdesorption, so daß eine doppelte Einsparung re­ sultiert: weniger Energie, da nur kleine Gasvoluminas aufgeheizt werden müs­ sen und wirtschaftliche Rückgewinnung wegen der höheren Konzentration. Er­ ste Praxisversuche haben gezeigt, daß bei der Desorption nach dem erfin­ dungsgemäßen Prinzip Konzentrationssteigerungen um einen Faktor 10-100 erreicht werden können.
In den folgenden Beispielen werden einige mögliche Ausführungen beschrie­ ben. Diese sind nicht als Einschränkung zu betrachten. Das Grundprinzip der Erfindung gestattet zweifelsohne dem Fachmann weitere Ausführungen zu konzipieren.
Beispiel 1
Eine Bahn aus einem feindrähtigen Gewirk aus rostfreiem Stahl (⌀ des Drahtes ca. 0,1 mm), Maschenweite ca. 1 mm mit einer Breite von 55 cm und mit ei­ nem Band aus Kupferdraht an den Kanten, wurde mit einem Gemisch aus 1000 Teilen Impranil HS 62 und 62 Teilen Imprafix HS C (Produkte der Bayer AG, Leverkusen) abgequetscht, wobei ca. 25 g Haftmasse/m2 aufgetragen wurden. Danach wurde die Bahn mit einer kugelförmigen Aktivkohle (⌀ 0,3- 0,4 mm, Basis: Pech, BET-Oberfläche 1100 m2/g) bestreut und bei 160°C während 2 Minuten auskondensiert. Auf diese Weise wurden insgesamt ca. 300 g Kohle/m2 (auf beiden Seiten) fixiert, die Dicke betrug 1,1 mm. Die Fen­ ster, die sich zum Teil zwischen den Maschen gebildet hatten, waren nicht mehr vorhanden. Die 260 cm lange Bahn wurde sodann zu einem Zylinder mit Innendurchmesser 75 mm und Außendurchmesser 105 mm gewickelt (9 La­ gen). Die Aktivkohleteilchen wirkten als Abstandshalter. Die Filterkartusche hatte ein Gewicht von knapp 500 g, wovon 390 g Aktivkohle waren. Nachdem eine Seite verschlossen worden war, wurde mit 3000 ppm Perchloräthylen be­ ladene Luft von innen nach außen geblasen (2,5 m3/min), was einer mittleren Luftgeschwindigkeit von 30 cm/sec. durch die Filterschicht entspricht. Der Durchbruch bahnte sich nach Aufnahme von ca. 190 g Perchloräthylen nach etwas mehr als 8 Minuten an.
Anschließend wurden die beiden Kanten (Kupferbänder) an einen Regeltrans­ formator angeschlossen und das Filter bei schwachem Luftdurchsatz (100 l/min) auf 160°C (Temperatur zwischen 5. und 6. Lage) erhitzt. Dabei kondensierte das desorbierte Perchloräthylen bereits teilweise kurz nach Aus­ tritt aus dem Filter. Es waren lediglich 250 l Luft nötig, um die Hauptmenge zu desorbieren. Die zur Kühlung benötigte Luft enthielt noch etwas Perchloräthy­ len und würde in der Praxis über ein sich in der Adsorptionsphase befindliches Filter geleitet werden.
Beispiel 2
Wie Beispiel 1, jedoch mit einem Silikonharz (Versuchsprodukt der Wacker- Chemie, München) als Haftmasse. Wegen der geringen Anfangshaftung war die Handhabung des beladenen Gewirks schwieriger.
Beispiel 3
Es kam das gleiche Metallgewirk wie im Beispiel 1 zur Anwendung. Es wurde beim Aufrollen Aktivkohle mit einer Korngröße von ca. 1-1,5 mm (Basis Stein­ kohle, innere Oberfläche ca. 1200 m2/g nach BET) dosiert eingestreut, so daß die Teilchen ohne Haftmasse zwischen den Gitterlagen festgehalten wurden. Es wurden für vergleichende Untersuchungen wieder 390 g Aktivkohle einge­ streut (7 Lagen). Die Ergebnisse waren mit jenen des Beispiels 1 vergleichbar.
Beispiel 4
Ein Mercedes-Benz-Autokühler (Modell 200, 1972) wurde mit einer Haftmasse, bestehend aus 1000 Teilen Impranil HS 62, 62 Teilen Imprafix HS G und 250 Teilen Isopropylalkohol überzogen und mit den Aktivkohlekügelchen des Bei­ spiels 1 bestreut. Auf diese Art konnten die Kühlzonenlamellen gleichmäßig mit Aktivkohle beladen werden. Nach Sättigung mit Perchloräthylen wurde der Kühler mit heißem Öl (ca. 200°C) gefüllt und die Desorption konnte in wenigen Minuten durchgeführt werden. Der Versuch wurde nicht quantitativ ausgewer­ tet, er sollte nur eine weitere Möglichkeit der Erfindung zeigen.
Beispiel 5
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch kamen statt Aktivkohle "poröse Poly­ mere" zur Anwendung. Solche porösen Polymere sind üblicherweise aus Sty­ rol/Divinylbenzol bzw. Trivinylbenzol aufgebaut und beispielsweise in der Euro­ päischen Patentanmeldung 0388140 A1 beschrieben. Diese Adsorber zeich­ nen sich durch sehr hohe Kapazitäten, insbesondere im Bereich höherer Kon­ zentrationen und eine sehr gute Desorbierbarkeit aus, die jene der Aktivkohle übertraf.
Beispiel 6
In einem Adsorptionsturm mit ⌀ 55 mm wurden in Abständen von 15 mm elek­ trisch beheizbare Siebböden angebracht und die etwa 5 mm hohen Zwischen­ räume mit Formkohle (Zylinder mit ⌀ 1,6 mm und 4-6 mm Länge) gefüllt. Die­ ses Beispiel soll zeigen, wie breit der Begriff der beheizbaren Trägerstruktur aufzufassen ist.
Beispiel 7
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei als Adsorber Molekularsiebe der Fa. Degussa, Frankfurt, eingesetzt wurden. Auch hier wurde keine quantitative Auswertung durchgeführt.

Claims (13)

1. Adsorptionsfilter, bestehend aus einer zwei- oder dreidimensionalen Trä­ gerstruktur und daran fixierten Adsorberkörnern, dadurch gekennzeich­ net, daß das Trägermaterial aufheizbar ist.
2. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trä­ gerstruktur aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und durch Stromdurchfluß aufgeheizt wird.
3. Adsorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trä­ gerstruktur durch Zirkulation eines heißen Mediums aufgeheizt wird.
4. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberkörner kugelförmig sind und einen Durchmesser von 0,2-1,5 mm haben.
5. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberkörner Aktivkohle sind.
6. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberkörner "poröse Polyme­ re" auf Basis von Styrol und Di- bzw. Trivinylbenzol sind.
7. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberteilchen Molekularsiebe (Zeolithe) sind.
8. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstrukturen bis 250°C auf­ geheizt werden können.
9. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberkörner mit Hilfe einer wärmebeständigen Haftmasse an die beheizbare Trägerstruktur fixiert sind.
10. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberkörner ohne Haftmasse zwischen den Elementen der beheizbaren Trägerstruktur eingelagert sind.
11. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur ein aus dünnem Draht hergestelltes Flächengebilde ist, welches mit Adsorbern beladen ist und zu einem Zylinder aufgerollt wird, der von innen nach außen durch­ strömt wird, wobei die Adsorber als Abstandshalter fungieren.
12. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizbaren Trägerstrukturen aus parallel angeordneten Platten bestehen, an denen die Adsorber haften.
13. Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizbaren Trägerstrukturen als Siebböden ausgebildet sind, zwischen denen sich die Adsorberteilchen befinden.
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