DE69737819T2

DE69737819T2 - Verfahren zur Herstellung von chemischen Absorptionsmitteln und chemischen Absorptionsmittelzusammensetzung

Info

Publication number: DE69737819T2
Application number: DE69737819T
Authority: DE
Inventors: Michael John Watlington HOLDER
Original assignee: Intersurgical AG
Current assignee: Intersurgical AG
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: JP2005046843A; AU726298B2; EP1222958B8; US20020072466A1; EP1222958B1; DK1222958T3; DK0956154T3; DE69737819D1; CA2523807A1; PT1222958E; ES2286195T3; ES2182038T3; WO1998017385A1; GB9621620D0; JP2001502237A; EP0956154A1; AU4711797A; DE69714776T2; PT956154E; ATE222142T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung chemischer Absorptionsmittel und neuartige chemische Absorptionsmittel-Formulierungen.
Chemische Absorptionsmittel werden dazu verwendet, eine oder mehrere molekulare Spezies zu entfernen, beispielsweise zur Abtrennung bestimmter molekularer Spezies aus Gasmischungen. Natronkalk ist ein solches chemisches Absorptionsmittel und wird in großem Umfang zur Absorption von Kohlendioxid eingesetzt, zum Beispiel in Beatmungssystemen für die Anästhesie und bei anderen Anwendungen, die mit Atemluft zu tun haben.
Zur Herstellung von chemisch aktivem Natronkalk wird Calciumhydroxid mit Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid gemischt, um eine wasserhaltige kaustische Kalkmischung zu ergeben. Das Verhältnis der Bestandteile in der kaustischen Kalkmischung ist 96–98% Calciumhydroxid mit 2–4% Natrium- und/oder Kaliumhydroxid. Das Endprodukt enthält typischerweise 81–87% kaustische Kalkmischung und 13–19% Wasser. Zudem ist normalerweise ein pH-empfindlicher Indikatorfarbstoff vorhanden, um das Ausmaß von Verwendung und Verbrauch visuell anzuzeigen. Dieser Indikatorfarbstoff ist in der kaustischen Kalkmischung in sehr niedrigen Anteilen vorhanden, typischerweise zu 0,01 bis 0,1%.
Alle bekannten Natronkalk-Formulierungen enthalten wechselnde Mengen an Staub und feinen Teilchen, die aufgrund der Krümeligkeit und Zerteilung des Endprodukts gebildet werden. Das Vorhandensein solcher Stäube ist unerwünscht, insbesondere dann, wenn das Produkt in Beatmungssystemen für die Anästhesie (oder anderen) verwendet werden soll, da die feinen Teilchen eingeatmet werden können.
SU-A-1790441 , SU-A-1079275 und SU-A-929195 betreffen die Erzeugung kugelförmiger Granulatformen mit Hilfe gegensinnig rotierender Walzen (oder Trommeln) mit sich entsprechenden halbkugelförmigen Vertiefungen, wobei die gegensinnige Drehung der Trommeln in einer Weise erfolgt, dass kugelförmige Formen aus den halbkugelförmigen Vertiefungen geschaffen werden.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung eines chemischen Natronkalk-Absorptionsmittels ausgearbeitet, mit dem das obige Problem überwunden oder wesentlich abgeschwächt wird.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines chemischen Natronkalk-Absorptionsmittels in fester, körniger Form die Schritte:

a) Mischen der Komponenten des chemischen Absorptionsmittels mit Wasser, um eine Paste zu bilden; und
b) Durchleiten der Paste zwischen einem Paar gegensinnig rotierender, sich berührender Walzen, wobei in den Walzen sich entsprechende, im Wesentlichen halbkugelförmige Vertiefungen gebildet und die Walzen so synchronisiert sind, dass dort, wo die Oberflächen der Walzen aufeinander treffen, kugelförmige Formen aus den sich entsprechenden halbkugelförmigen Vertiefungen geschaffen werden;

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren besteht hauptsächlich darin, dass das chemische Absorptionsmittel zu einem im Wesentlichen kugelförmigen Granulat geformt wird. Infolgedessen hat das Granulat keine vorstehenden Kanten oder Ecken, die abbrechen und Staub bilden könnten. Das Granulat ist erheblich weniger krümelig als herkömmliches Granulat und behält seine unversehrte Form während des gesamten normalen Gebrauchs bei.
Oberfläche und Drehung der gegensinnig rotierenden Walzen sind derart, dass dort, wo die Walzen sich berühren, die Vertiefungen in den Walzen im Wesentlichen kugelförmige Formen ausbilden. Besonders bevorzugt sind die halbkugelförmigen Vertiefungen in einer hexagonal dicht gepackten Anordnung angeordnet.
Vorzugsweise sind die Drehrichtung der Walzen und die Richtung, in der die Paste zwischen dieselben zugeführt wird, derart, dass sich die Paste abwärts bewegt, d.h., die Bewegung der Paste zwischen den Walzen wird durch die Schwerkraft unterstützt.
Mit der Drehung der Walzen öffnen sich die kugelförmigen Formen wieder und geben die geformten Pastenkugeln frei. Vorzugsweise sind Hilfsmittel zum Ablösen der Kugeln von den Walzen bereitgestellt. Besonders bevorzugt ist ein solches Hilfsmittel ein Luftmesser, das neben jeder Walze angeordnet ist, um eine tangentiale Schneide aus energiereicher Luft hoher Geschwindigkeit zu erzeugen.
Kugelförmige feste Granulate aus einer chemischen Absorptionsmittel-Formulierung werden als neuartig angesehen und stellen einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung kugelförmiger Granulate eines weiten Bereichs von chemischen Absorptionsmittel-Formulierungen genutzt werden. Allerdings hat es sich als besonders brauchbar bei Natronkalk-Formulierungen erwiesen. Des Weiteren wurden neuartige Natronkalk-Formulierungen entwickelt, die verbesserte mechanische Festigkeit aufweisen und besonders gut geeignet sind für die Herstellung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird somit eine Natronkalk-Formulierung bereitgestellt, umfassend einen größeren Anteil Calcium hydroxid im Gemisch mit einem kleineren Anteil Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid und Wasser, wobei die Formulierung des Weiteren einen Zeolith umfasst.
Es können verschiedene Formen von Zeolith eingesetzt werden, z.B. Natrium, Calcium, Barium, Strontium oder Kalium enthaltende Zeolithe. Der hier bevorzugte Zeolith ist Natriumaluminiumsilicat.
Der Zeolith ist in der Formulierung vorzugsweise in Anteilen zwischen 0,1 und 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 6 Gew.-% vorhanden.
Die Erfindung soll nun – lediglich in veranschaulichender Weise – anhand der Herstellung von Kugeln der folgenden, hier meistbevorzugten Natronkalk-Formulierung ausführlicher erläutert werden:

Calciumhydroxid 77 Gewichtsteile

Natriumhydroxid 3 Gewichtsteile

Natriumaluminiumsilicat 4 Gewichtsteile

Wasser 16 Gewichtsteile

pH-empfindlicher Indikatorfarbstoff 0,03 Gewichtsteile
Die erforderlichen Mengen an Calciumhydroxid, Natriumaluminiumsilicat und Indikatorfarbstoff (alle in Form eines feinen Pulvers) werden gemischt, um eine homogene Pulvermischung zu bilden.
Die erforderlichen Mengen Natriumhydroxid und Wasser werden gemischt, um eine homogene kaustische Lösung zu bilden.
Die kaustische Lösung wird der Pulvermischung beigegeben. Anschließend erfolgt das Mischen unter Bildung einer steifen Paste.
Es hat sich als nutzbringend erwiesen, die Paste vor der Verarbeitung über einen Zeitraum von 20 bis 60 Minuten ruhen zu lassen, während dessen die Paste zu einer steiferen Konsistenz aushärtet.
Die Paste wird dann in eine Verarbeitungsvorrichtung eingefüllt, die in 1 schematisch gezeigt ist. Die Verarbeitungsvorrichtung umfasst zwei gegensinnig rotierende, sich berührende Walzen 1, 2. Die Drehrichtung der Walzen 1, 2 an ihrem Berührungspunkt ist derart, dass die Oberflächen der beiden Walzen 1, 2 eine Abwärtsbewegung ausführen.
Jede Walze 1, 2 ist mit einem Profil halbkugelförmiger Hohlräume versehen, wobei jeder Hohlraum den gleichen Durchmesser aufweist. Je nach herzustellendem Produkt kann dieser 3, 3,5 oder 4 mm betragen. Die halbkugelförmigen Hohlräume sind in einer hexagonal dicht gepackten Anordnung angeordnet.
Die mit Profil versehene Oberfläche und die relative Bewegung der beiden sich berührenden Walzen 1, 2 sind derart synchronisiert, dass dort, wo die Oberflächen der beiden Walzen 1, 2 sich treffen, eine Reihe vollkommen kugelförmiger Formen aus den beiden sich gegenüberliegenden Halbkugelreihen erzeugt wird. Die Drehgeschwindigkeit der beiden Walzen 1, 2 ist synchronisiert und kann zwischen 0 und 30 Umdrehungen pro Minute verändert werden.
Die Paste 3 wird in Form von Klumpen einem Fülltrichter 4 zugeführt, der oben an der Verarbeitungsvorrichtung angebracht ist, so dass die Paste 3 auf den sich abwärts drehenden Oberflächen der Walzen 1, 2 ruht. In einer alternativen Anordnung wird die Paste zu einem Flächengebilde geformt, das zwischen die Walzen zugeführt wird.
Durch die Bewegung der Walzen wird die Paste an dem Punkt, wo die Walzen sich berühren, zwischen diesen nach unten gezogen. Die Natronkalk- Paste wird somit zusammengedrückt und in die kugelförmigen Formen eingepresst während diese sich bilden.
Mit der Drehung der Walzen werden die kugelförmigen Hohlräume wieder geöffnet und geben eine Reihe geformter Pastenkugeln 5 frei. Die Kugeln 5 fallen normalerweise nicht durch ihr eigenes Gewicht aus der Verarbeitungsvorrichtung heraus, stattdessen haften sie am Innern des einen oder anderen der beiden halbkugelförmigen Hohlräume, von denen sie geformt wurden. Es gibt keinen Faktor, der Einfluss darauf hat, an welchem Walzenhohlraum die geformten Kugeln 5 haften, und im Ergebnis ist bei beiden Walzen während ihrer Drehung von der unteren Seite die Hälfte ihrer Profillöcher leer, während die andere Hälfte mit geformten Kugeln gefüllt ist.
Die geformten Pastenkugeln 5 müssen aus den Profilhohlräumen an der Oberfläche der Walzen ausgeleert werden, damit diese zur Aufnahme weiterer Paste bei der nächsten Umdrehung zur Verfügung stehen. Daher ist ein Auswurfmechanismus erforderlich, um die geformten Kugeln 5 aus den Hohlräumen zu entfernen.
Luftmesser 6, 7 sind neben jeder Walze 1, 2 so angebracht, dass eine Schneide aus energiereicher Luft hoher Geschwindigkeit tangential auf die Oberfläche der Walzen 1, 2 über ihre gesamte Länge hinab gerichtet ist.
Mit der Drehung der Walzen 1, 2 gelangt die mit geformten Kugeln 5 gefüllte Hohlraumreihe in eine Linie mit dem Luftmesser, das die Seite der geformten Kugeln 5 beaufschlagt und diese so aus den Hohlräumen auswirft.
Ein Förderband 8, das in hinreichender Entfernung hinter der Verarbeitungsvorrichtung beginnt, führt unter dieser vorbei und nimmt die herunterfallenden Kugeln 5 auf. Die geformten Kugeln 5 wandern über den Förderer und in einen Bandofen 9.
Die erste Trocknungsstufe ist eine leichte Trocknung bei etwa 100°C, bei der ein Großteil des Wassers aus dem Produkt entfernt wird. Diese Stufe niedriger Temperatur bringt zwei nutzbringende Wirkungen mit sich. Zum einen wird angenommen, dass sie schnelles Austrocknen verhindert, das Spannungen innerhalb der Struktur erzeugen könnte, so dass sich die spätere physikalische Festigkeit des Produkts verringert. Andererseits wird angenommen, dass die niedrige Temperatur die Wanderung von Natriumhydroxid zur Oberfläche der Kugeln 5 verhindert, während es noch in Lösung ist. Dadurch würde eine äußere Schicht hoher Alkalinität erzeugt, wobei jedoch im Innern niedrige Alkalinität und schlechte Aktivität vorlägen.
Die zweite Trocknungsstufe erfolgt bei einer höheren Temperatur von etwa 140°C. Bei dieser Stufe wird das Produkt auf weniger als 1% Wasser durchgetrocknet. Dieser Trockenheitsgrad ist wichtig, da er Bindungen zwischen den mikroskopischen Kalkteilchen innerhalb der Natronkalk-Kugeln 5 ermöglicht (man nimmt an, dass gelöste Ionen, die aus der Lösung austreten, Bindungen zwischen den Kalkteilchen bilden).
Beim Austritt aus dem Ofen 9 werden die getrockneten Kugeln 5 vom Förderband 8 gekippt und in einem geeigneten Behälter 10 aufgenommen.
Bei der Bildung der Natronkalk-Kugeln 5 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt sich, dass einige der Kugeln einen leichten "Formgrat" um den Umfang herum aufweisen. Auch wenn die Staubbildung des Endprodukts bereits gering ist, kann dieser "Formgrat" einen Bereich höherer Krümeligkeit auf der Natronkalk-Kugel darstellen. Es erwies sich als nutzbringend, eine Entstaubungsstufe in das Herstellungsverfahren aufzunehmen.
Der Entstauber umfasst einen rotierenden Zylinder aus perforiertem Stahlblech. Größe und Abstand der Löcher sind derart, dass nur feine Teilchen und Staub durchfallen können, während die Kugeln im Zylinder verbleiben. Die Drehgeschwindigkeit des Entstaubungszylinders liegt zwischen 30 und 60 Umdrehungen pro Minute.
Die völlig getrockneten Natronkalk-Kugeln werden in den Entstauber eingebracht. Wenn das Umherschleudern der Kugeln beginnt, stellt sich eine stabile kreisende Fließbewegung ein. In deren Verlauf rollen die Kugeln gegeneinander und erzeugen einen Abschleifeffekt, der dazu führt, dass die "Grate" oder "Formnähte" abgebrochen werden. Nach einem hinreichenden Zeitraum sind die Kugeln geglättet, während der erzeugte Staub durch die Löcher fällt und so vom Produkt abgetrennt wird. Das resultierende Produkt hat eine deutlich verringerte Krümeligkeit, da alle etwaigen Unregelmäßigkeiten entfernt sind.
Damit der Natronkalk chemische Aktivität hat (CO₂-Absorptionsfähigkeit), muss das Endprodukt einen Wassergehalt zwischen 13 und 19% enthalten (16% in der obigen Formulierung).
Während des Trocknungsvorgangs muss das Produkt vollständig getrocknet werden, um so die physikalische Festigkeit zu ergeben. Daher ist nicht genügend Feuchtigkeit für eine CO₂-Aktivität vorhanden, und das notwendige Wasser muss dem Produkt wieder zugesetzt werden, um dies zu erreichen.
Um den erforderlichen Feuchtigkeitsgehalt des Endprodukts von 16 Gew.-% zu erreichen, wird die notwendige Wassermenge zur "Rückbefeuchtung" des entstaubten Produkts berechnet. Dieses Wasser wird dann dem trockenen Produkt zugesetzt, und die Mischung wird eine hinreichende Zeit lang mechanisch aufgerührt, um das Wasser zu dispergieren. Der Natronkalk wird dann in einen luftdichten Behälter eingesiegelt, bis sich ein vollständiges Feuchtigkeitsgleichgewicht einstellt.
Das Produkt kann teilweise geformte Kugeln und/oder feine Teilchen enthalten, die während des Wiederbefeuchtungsvorgangs gebildet wurden. Um diese zu entfernen, wird der Natronkalk vor dem Abpacken durch ein geeignetes Sieb gesiebt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines chemischen Natronkalk-Absorptionsmittels in fester, körniger Form, umfassend die Schritte: a) Mischen der Komponenten des chemischen Absorptionsmittels mit Wasser, um eine Paste (3) zu bilden; und b) Durchleiten der Paste (3) zwischen einem Paar gegensinnig rotierender, sich berührender Walzen (1, 2), wobei in den Walzen (1, 2) sich entsprechende, im Wesentlichen halbkugelförmige Vertiefungen gebildet und die Walzen (1, 2) so synchronisiert sind, dass dort, wo die Oberflächen der Walzen (1, 2) aufeinander treffen, kugelförmige Formen aus den sich entsprechenden halbkugelförmigen Vertiefungen geschaffen werden; wobei das Verfahren die weiteren Schritte der vollständigen Trocknung des Granulats und der anschließenden Zugabe von Wasser umfasst, um ein Granulat mit einem Wassergehalt von 13 bis 19% zu ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die halbkugelförmigen Vertiefungen in einer hexagonal dicht gepackten Anordnung angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehrichtung der Walzen (1, 2) und die Richtung, in der die Paste (3) zwischen dieselben zugeführt wird, derart sind, dass sich die Paste (3) abwärts bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Hilfsmittel zum Ablösen des Granulats aus chemischem Absorptionsmittel von den Walzen (1, 2) bereitgestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Hilfsmittel ein Luftmesser ist, das neben jeder Walze angeordnet ist, um eine tangentiale Schneide aus energiereicher Luft hoher Geschwindigkeit zu erzeugen.