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Verfahren zur Trocknung von Gasen
Es ist bekannt, Gase durch Überleiten
über wasserentziehende Mittel, die auf porösen Trägerstoffen verteilt sind, zu trocknen.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Holzkohle oder Aktivkohle als Trägerstoff
für diese Zwecke zu verwenden. Nach einem bekannten Verfahren wird auf Holzkohle
45 Gewichtsprozent anCalciumchlorid niedergeschlagen, wodurch ein wirksames Trockenmittel
entsteht. Bei einem älteren Verfahren, das in seinen Ergebnissen die erwähnte Trocknung
mittels Holzkohle offenbar nicht erreicht hat, wurde auch Aktivkohle verwendet.
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Um nach dem bekanntgewordenen Verfahren zu einer wirksamen und wirtschaftlichen
Trocknung zu gelangen, war man darauf angewiesen, möglichst große Mengen des jeweiligen
Trockenmittels auf der im wesentlichen lediglich als Trägersubstanz dienenden Kohle
unterzubringen. Insbesondere bei der Verwendung von Calciumchlorid ist jedoch durch
die den Durchgangswiderstand der Gase in unzuträglicher Weise erhöhende Bildung
von flüssigen Hydraten, die von der Kohle nicht mehr vollständig adsorbiert werden,
der Beladung eine obere Grenze gesetzt. Um eine Verstopfung der Poren der Aktivkohle
oder Holzkohle durch die entstandenen flüssigen Hydrate zu vermeiden, durch die
das innerhalb der tiefergehenden Poren befindliche wasserentziehende Mittel nicht
mehr zur Wirkung gelangen kann, war man auf die Verwendung grobporiger Kohlen angewiesen,
bei denen die Trägersubstanz selbst gar nicht oder nur in untergeordnetem Maße als
Adsorptionsmittel für das in den
zu trocknenden Gasen enthaltene
Wasser dienen konnte.
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Im Gegensatz zu diesen Vorstellungen, die der Ausgestaltung der bisher
bekanntgewordenen Verfahren zugrunde liegen, wurde nun überraschenderweise gefunden,
daß die Verwendung einer mit wasserentziehenden Mitteln, insbesondere Calciumchlorid,
imprägnierten feinporigen aktivierten Kohle mit einem Schüttgewicht von 350 bis
500 g/l, vorzugsweise 400 bis 450 g/l, und einem Gesamtvolumen der Adsorptionsporen
von 0,45 bis o,6o I/kg Kohle, die mindestens 0,3 bis 0,4 I/kg Adsorptionsporen von
einem Durchmesser unter I mll aufweist, eine besonders intensive und wirtschaftliche
Trocknung von Gasen ermöglicht.
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Wider Erwarten tritt bei der Verwendung der erfindungsgemäßen feinporigen
Kohle keine Verstopfung der Poren durch das hydratisierte wasserentziehende Mittel
ein. Darüber hinaus dient die Kohle bei dem Verfahren der Erfindung nicht nur als
Trägersubstanz für das wasserentziehende Mittel, sondern ist auf Grund ihrer durch
die große Feinporigkeit gewährleisteten hohen Aktivität auch selbst weitgehend an
der Adsorption der in den Gasen enthaltenen Feuchtigkeit beteiligt. Die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Aktivkohlen ermöglichen nämlich auch schon
ohne Imprägnierung eine große Beladung mit Wasser, die im Gebiet zwischen 90 und
1000/0 relativer Luftfeuchtigkeit bei Wassergehalten zwischen 30 und 500/0 der Kohle
im Gleichgewicht mit der Feuchtigkeit der Luft ist. Durch die zusätzliche Imprägnierung
mit Calciumchlorid ergibt sich bei dem Verfahren der Erfindung eine Trockenwirkung,
die auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten von O,I bis 1,5 m/s mit O,Ifi bis
0,25 mg Wasser pro i 1 Gas derj enigen von Calciumchlorid völlig gleichkommt und
diejenige von Kieselgel übertrifft. Auch hinsichtlich der zeitlichen Wirksamkeit,
d. h. der Trockenkapazität des Trockenmittels, hat das Verfahren der Erfindung wesentliche
Fortschritte gegenüber den bekannten Trockenmethoden erbracht.
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Es hat sich gezeigt, daß die Beladung der feinporigen Aktivkohle
mit Calciumchlorid zweckmäßig nicht über 40 Gewichtsprozent vorzugsweise nur 20
bis 30 Gewichtsprozent betragen soll. Dadurch tritt eine erhebliche Ersparnis an
Calciumchlorid ein. Es wird darüber hinaus auch. mit Sicherheit vermieden, daß das
verfahrensgemäß verwendete Trocknungsmittel durch Verflüssigung des absorbierten
Calciumchlorids zu Betriebsstörungen durch Verstopfung der Trocknungsräume oder
zur Erhöhung des Strömungswiderstandes des zu trocknenden Gases Anlaß gibt.
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Diese für die Gastrocknung in technischem Umfange bedeutsamen Vorteile
werden mit dem Verfahren der Erfindung erreicht, ohne daß die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit
des Trockenprozesses beeinträchtigt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dient als Träger
für das wasserentziehende Mittel eine in an sich bekannter Weise geformte Aktivkohle,
die beispielsweise durch Strangpressen vom Kohlenstaub mit Teer und anschließendes
Verschwelen und Aktivieren der Preßlinge hergestellt ist.
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Diese Kohle zeigt infolge des darin enthaltenen Schwelkokses rein
äußerlich eine dichte Beschaffenheit mit glatten Oberflächen, die jedoch, da das
Material eine große Anzahl feinster Poren von unter I m Durchmesser besitzt, die
Aufnahme des wasserentziehenden Mittels und die Adsorptionsfähigkeit für Feuchtigkeit
nicht behindert.
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Die überraschende Überlegenheit des Verfahrens nach der Erfindung
gegenüber von mit Kieselgel oder grobporigen aktivierten und nichtaktivierten Holzkohlen
durchgeführten Trockenvorgängen geht aus nachfolgend aufgeführten Beispielen hervor.
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Beispiele I. Man imprägniert Holzkohlegrieß in der Körnung I bis
4 mm mit einer Lösung von CaCl2 in bekannter Weise möglichst gleichmäßig, so daß
die Kohle nach dem Imprägnieren gerade feucht geworden ist, trocknet diese imprägnierte
Kohle in einem Trockenschrank bei Temperaturen, die zunächst auf 1000 und schließlich
bis auf I50 bis 2500 gesteigert werden. Dabei beträgt die aufgebrachte Ca Cl2-Menge,
bezogen auf das Gewicht des fertigen Produktes, 200/0.
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Füllt man in ein zylindrisches Adsorbergefäß I80 g in 40 cm Schichthöhe
ein und leitet ein Gas mit I3 g Feuchtigkeit/cbm bei 20° mit einer Strömung geschwindigkeit
von 0,25 m/s hindurch, so erreicht man als unterste Gasfeuchtigkeit 0,2 g/cbm und
Feuchtigkeitsgehalte von weniger als I g/cbm während einer Dauer von 4 Stunden.
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2. Man benutzt in gleicher Weise imprägnierte und wie sonst vorbereitete
Holzkohle und füllt in einen zylindrischen Adsorber, bei 40 cm Schichthöhe, 360
g Trockenmittel ein, leitet im übrigen ein Gas mit gleichem Feuchtigkeitsgehalt,
ebenfalls mit der Strömungsgeschwindigkeit von 0,25 m/s hindurch. Der Trocknungsgrad
ist der gleiche. Die Arbeitsdauer bei Feuchtigkeitsgehalten von weniger als 1 g!cbm
beträgt jedoch 8 Stunden.
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3. Man imprägniert eine handelsübliche, mit Wasserdampf aktivierte
Holzkohle von der Körnung I bis 4 mm mit soviel Carl2, daß diese nach dem Trocknen
bei Temperaturen bis gegen I50 bis 250° einen CaCl¢-Gehalt von 200/0 besitzt. Man
füllt in einen zylindrischen Adsorber, bei 40 cm Schichthöhe, 150 g dieses Produktes
ein und führt den Trocknungsversuch mit einem Gas von I3 g Feuchtigkeitsgehalt/cbm
bei 200 und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,25 m/s durch. Man erzielt den gleichen
Trocknungsgrad, wie er in den Beispielen I und 2 beschrieben wird, und die Trocknungsdauer
beträgt wie in Beispiel I 4 Stunden.
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4. Man imprägniert die gleiche Aktivkohle wie in Beispiel 3 und führt
den Versuch weiter so durch, daß man 300 g Trockenmittel, bei gleicher Schichthöhe,
in den Adsorber einführt, durch das dann anschließend unter im übrigen gleichen
Bedingungen wie in Beispiel 3 der Gasstrom geleitet wird. Man erzielt dabei nach
den gleichen Richtlinien Trocknungsgrade und entsprechend dem größeren Adsorberquerschnitt,
eine Leistungsdauer von 8 Stunden.
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5. Man imprägniert eine künstlich geformte, feinporige Aktivkohle
in der Körnung I bis 3 mm, die
im übrigen der obigen Beschreibung
entspricht. Die Summe ihrer Poren, kleiner als I mp, hat ein Porenvolumen von 35
cm3, bezogen auf 100 g Kohle. Die Imprägnierung macht bei dem fertigen Produkt 200/0
CaCl2 aus. Man füllt 230 g dieses Trockenmittels in den Adsorber ein und arbeitet
im übrigen unter den in den Beispielen I bis 4 genannten Bedingungen (Gasfeuchtigkeit
13 g/cbm bei 20°, Strömungsgeschwindigkeit 0,25 m/s). Man erreicht die maximale
Trocknung, d. h. sehr niedrige Werte für die Restfeuchtigkeit von weniger als 0,2
g/cbm, während gleichzeitig die Trockendauer 8 Stunden beträgt. Sie beträgt damit
bei gleicher Adsorbergröße doppelt so lange Zeit wie in den Beispielen I und 3,
und, bezogen auf gleiche Leistungsdauer, ist der geringste Aufwand an Trockenmittel
erforderlich.
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6. Analog dem Beispiel 5 wird die Lufttrocknung mit Kieselgel durchgeführt.
Man erreicht die gleichen minimalen Feuchtigkeitsgehalte und eine Trockendauer von
nur 7 Stunden, bezogen auf den gleichen Grenzwert der Restfeuchtigkeit von 1 g/cbm.
Zur Füllung des Adsorbers sind jedoch 410 g Kieselgel erforderlich.