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Societe de Recherches et d'Exploitations Petroliferes in Paris Verfahren
zum Trocknen von Gasen und Gasgemischen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Trocknen von Gasen und Gasgemischen unter Verwendung aktiver Kohle.
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Trotz zahlreicher Versuche ist es bisher nicht gelungen, die bisher
bekannten aktiven Kohlen, obwohl sie außerordenlich stark poröse Körper darstellen,
technisch für die Trocknung von Luft oder anderen Gasen zu verwenden. Obwohl diese
Kohlen eine große Adsorptionskraft für organische Dämpfe besitzen, so haben sie
doch nur eine sehr be grenzte Adsorptionsfähigkeit für Wasserdampf, welche Tatsache,
wie die Wissenschaft in neuerer Zeit gezeigt hat, mit der sehr geringen Adsorptionswärme
bei der Aufnahme von Wasserdampf durch aktive Kohle in Beziehung steht.
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Die Adsorptionsisotherme von Wasserdampf durch aktive Kohlen zeigt
in der Tat keinen deutlichen Knickpunkt im Gegensatz zu der Adsorptionsisotherme,
die bei der Aufnahme organischer Lösungsmittel durch aktive Kohle erhalten wird.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Trocknen von Gasen und Gasgemischen
unter Verwendung aktiver Kohlen durch eine besondere Behandlung derselben, durch
welche ihre Adsorptionskraft für Wasserdampf sehr erheblich gesteigert wird, so
daß sie eine einen deutlichen Knickpunkt aufweisende Adsorptionsisotherme für Wasserdampf
besitzen und eine nahezu vollständige Trocknung von Luft oder anderen Gasen ermöglichen.
Da die neuen Kohlen gemäß der Erfindung leicht regenerierbar sind und eine ökonomische
und praktisch vollständige Trocknung der Gase ermöglichen, so bietet deren technische
Anwendung einen erheblichen technischen Vorteil nicht nur im Vergleich zu den bisherigen
Adsorptionskohlen, sondern auch im Vergleich zu chemischen Trocknungsmitteln, wie
Calciumchlorid oder Silikagel oder imprägnierten oder nichtimprägnierten inaktiven
porösen Stoffen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden für die Adsorption von Wasserdampf
geeignete Kohlen dadurch erhalten, daß man aktive Kohlen vor, während oder nach
der Aktivierung mit Lösungen wasseraufnehmender neutraler Stoffe behandelt, z. B.
mit Lösungen von Calciumchlorid, Chlorzink, Eisenchlorid, Chlormagnesium, Kupfersulfat,
Natriumsulfat, Kaliumcarbonat, Glycerin usw., derart, daß diese Stoffe in der fertigen
Kohle noch in genügender Menge vorhanden sind.
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Es ist bekannt, Adsorptionskohle dadurch herzustellen, daß Kohle
oder kohlenhaltige Stoffe mit Salzen oder Säuren getränkt und geglüht werden, worauf
die zugeführten Salze oder Säuren, nachdem sie die Aktivierung bewirkt haben, wieder
ausgelaugt und entfernt werden, so daß sie in der fertigen Kohle nicht mehr oder
nur in Spuren vorhanden sind. Bereits aktivierte Kohle ist
auch
schon mit geringen Mengen von Metallsalzen, Metalloxyden oder mehrwertigen Alkoholen,
z. B. Glycerin und Zinnchlorür, imprägniert worden, um auf Oxydationsvorgängen beruhende
Veränderungen zu verhindern. Abgesehen davon, daß die bei diesen Verfahren aufgenommenen
Mengen an wasseranziehenden Stoffen nicht ausreichend sind, eine wesentliche Erhöhung
der Adsorptionskraft der aktiven Kohlen gegenüber Wasserdampf herbeizuführen, ist
auch nicht vorgeschlagen worden, die auf diesem Wege behandelten Kohlen zum Trocknen
von Gasen zu benutzen.
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Die Erfindung besteht demgegenüber in der Anwendung aktiver Kohlen
zum Trocknen, die mit erheblichen Mengen wasserentziehender Stoffe, wie z. B. Calciumchlorid,
Zinkchlorid, Magnesiumchlorid, Eisenchlorid, Kupfersulfat, Natrinnasulfat, Kaliumcarbonat,
Glycerin usw., beladen sind. Die aktive vierte Kohle wird zweckmäßig in gekörnter
Form mit Lösungen geeigneter Konzentration eines der obengenannten wasseranziehenden
Stoffe getränkt und nach sorgfältigem giem~Abtropfen getrocknet. Die Tränkung kann
in der Kälte oder in der Wärme bis zum Siedepunkt der verwendeten Lösung erfolgen
sowie bei normalem Druck oder im Vakuum.
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Die Konzentration der Lösung an wasseranziehender Substanz hängt
von der Natur der aktiven Kohle und dem gewünschten Ergebnis ab. Meist hat es keinen
Zweck, eine solche Konzentration zu überschreiten, daß die behandelte Kohle nach
dem Trocknen mehr als 30 01, ihres Eigengewichtes an wasseranziehendem Stoff zurückhält.
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Beispiel I Aktive Kohle, die nach irgendeinem bekannten Verfahren
hergestellt ist, wird etwa I Stunde in der Kälte mit einer etwa 25 prozentigen wässerigen
Calciumchloridlösung behandelt, worauf man die Kohle gut abtropfen läßt und trocknet.
Die so erhaltene imprägnierte Kohle hat etwa die gleiche Aktivität gegenüber vielen
organischen Gasen und Dämpfen wie die ursprüngliche Kohle, aber ihre Adsorptionsfähigkeit
in bezug auf Wasserdampf, die ursprünglich sehr gering war, ist so sehr gesteigert
worden, daß die imprägnierte Kohle mit großem Vorteil zur industriellen Trocknung
von Gasen verwendet werden kann.
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Beispiel 2 Aktive Kohle beliebiger Herkunft wird etwa 2 Stunden lang
mit einer etwa 25 prozentigen, kochenden Natriumsulfatlösung behandelt, abtropfen
gelassen und getrocknet.
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Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestehen darin,
den Kohlen chemische Stoffe einzuverleiben, aus denen die obenerwähnten wasseranziehenden
Stoffe, vorzugsweise nach der Aktivierung, gebildet werden. Man kann beispielsweise
der Kohle vor der Aktivierung einen die Aktivierung nicht beeinflussenden Stoff,
wie Kalk, bei- -fügen und 4ann nach Ider Aktivierung die erhaltene aktive Kohle
z. B. mit gasförmiger Salzsäure behandeln, welche den Kalk in Calciumchlorid überführt.
Man erhält so das gleiche Resultat, als wenn man die Kohle nach der Aktivierung
direkt mit einer Calciumchloridlösung imprägniert hätte, und man vermeidet auf diese
Weise die Notsvendigkeit der Trocknung des iniprägnierten Produktes.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung geht nicht von bereits
aktivierter Kohle aus, sondern von inaktiver Kohle oder kohlenstoffhaltigem Material,
wie es zur Herstellung aktiver Kohle verwendet wird, indem dieses Material vor der
Aktivierung mit den obengenannten Stoffen getränkt und dann aktiviert wird, worauf
die so erhaltene aktive Kohle entweder gar nicht oder nur so weit gewaschen wird,
daß die gewünschte Menge der obengenannten Salze in dem Endprodukt verbleibt.
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Die so behandelten Kohlen weisen in ihrer Adsorptionsisotherme für
Wasserdampf (im Gegensatz zu den bisher bekannten aktiven Kohlen) einen deutlichen
Knickpunkt auf. Es ist zu erwähnen, daß auch inaktive poröse Stoffe, wie z. B. Bimsstein,
die der gleichen Tränkungsbehandlung mit den gleichen wasseraufnehmenden Stoffen
unterworfen worden sind, keinen Knickpunkt in der Adsorptionsisotherme für Wasserdampf
aufweisen.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelte Kohle gewinnt also
vollständig neue Eigenschaften und ist als neuer Stoff anzusehen.
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Wenn man z. B. eine Adsorptionsvorrichtung einmal mit gewöhnlicher
Holzkohle, ein zweites Mal mit bester handelsüblicher Aktivkohle (z. B. sogenannter
Chlorzinkkohle) und ein drittes Mal mit einer Kohle gemäß der vorliegenden Erfindung,
die z. B. nach Beispiel.r oder 2 erhalten worden ist, beschickt, so adsorbiert die
erstgenannte Kohle aus einer Luft mit yo 01o Feuchtigkeitsgehalt kaum 5 01,, die
zweite höchstens I0 °/o Feuchtigkeit (bezogen auf ihr Eigengewicht), während die
dritte Kohle gemäß der Erfindung etwa 60 bis 65 01o Feuchtigkeit (bezogen auf ihr
Eigengewicht) adsorbiert. Angenommen ist bei diesem Beispiel normale Temperatur
und normaler Druck. Ein ganz wesentlicher technischer Vorteil des Verfahrens liegt
darin,
daß man mit der nach der Erfindung behandelten Kohle eine
genügende Trocknung von Luft und Gasen nicht nur bei kleinen Durchgangsgeschwindigkeiten,
wie sie beispielsweise bei der Trocknung durch Chlorcalcium innegehalten werden
müssen, erzielt, sondern mit dem gleichen Volumen Trocknungsmittel auch bei vielfacher
Geschwindigkeit und trotz beträchtlich geringeren Widerstandes eine gleiche oder
bessere Trocknung bewirken kann.
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Die wirtschafliche Bedeutung des Verfahrens gemäß der Erfindung beruht
nicht nur darauf, daß mit der gleichen Volumenmenge an Trockenmittel die 3- bis
6fache Luft oder Gasmenge getrocknet werden kann als mit imprägniertem Bimsstein
oder ähnlichen bekannten Mitteln bzw. daß die Apparatur auf 8 bis t verkleinert
werden kann, sondern weiterhin darauf, daß das Trockenmittel gemäß der Erfindung
durch einfache Erhitzung, z. B. durch Durchleiten eines auf I500 erhitztenLuft-
oder anderen Gasstromes, immer wieder regeneriert werden kann, wobei dieser Regenerierung
keine Grenzen gesetzt sind, da die Wasseraufnahmefähigkeit einer hundertmal regenerierten
Kohle gemäß der Erfindung nicht die geringste Abnahme aufweist.