WO2020221721A1 - Carbonfaserhaltiges tropfenabscheidungsmaterial - Google Patents

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WO2020221721A1
WO2020221721A1 PCT/EP2020/061703 EP2020061703W WO2020221721A1 WO 2020221721 A1 WO2020221721 A1 WO 2020221721A1 EP 2020061703 W EP2020061703 W EP 2020061703W WO 2020221721 A1 WO2020221721 A1 WO 2020221721A1
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WO
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carbon fiber
yarn
droplet separation
textile fabric
separation material
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/061703
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian WOLTZ
Almut SCHWENKE
Oswin Oettinger
Rainer Schmitt
Christian Bienhuels
Original Assignee
Sgl Carbon Se
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/08—Filter cloth, i.e. woven, knitted or interlaced material
    • B01D39/083—Filter cloth, i.e. woven, knitted or interlaced material of organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/08—Filter cloth, i.e. woven, knitted or interlaced material
    • B01D39/086—Filter cloth, i.e. woven, knitted or interlaced material of inorganic material
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    • B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/0241—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising electrically conductive fibres or particles
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    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
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    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1233—Fibre diameter

Definitions

  • the invention relates to a carbon fiber-containing droplet separation material, a method for producing this material and the use of a carbon fiber-containing yarn for separating liquid from a gas stream.
  • WO 2018/069812 A1 describes a liquid separator with a housing that surrounds a separation chamber. In the separation chamber, a gas stream containing drops of liquid flows tangentially to a housing wall, so that drops of liquid can be deposited on the wall of the housing.
  • the housing wall has two layers. It comprises a liner, on the outside of which a composite is attached or wound.
  • the composite is described as having fibers incorporated into a resin matrix, e.g. May include glass fibers, aramid fibers, carbon fibers or basalt fibers.
  • a droplet separator can be arranged at the bottom of the housing to accommodate droplets that have not been deposited on the housing wall. It is described that the mist eliminator can e.g. can be an open foam, a spongy or a soft material.
  • the inertial collector includes a porous collection substrate. It is described that the porous collecting substrate can comprise fibers which are treated in such a way that they are oleophobic and resist sticking due to oil. Carbon fiber media with an oleophobic coating are also mentioned. The following oleophobic coatings are mentioned: fluorocarbon resin, silicone resin, certain polysiloxane surfactants.
  • the present invention is based on the object of providing a material with the aid of which liquid can also be separated from highly corrosive gas streams with minimal energy expenditure, even without having to force a change in direction of the gas stream.
  • a carbon fiber-containing droplet separation material comprising a textile fabric, the textile fabric having a carbon fiber-containing yarn and fluid passage areas for flow through the textile fabric from the front to the back of the textile fabric.
  • the fluid passage areas are defined by sections of yarn containing carbon fibers that run within the textile fabric.
  • the fluid passage areas are surrounded by these sections.
  • the flat textile structure can be flowed through from its front side to its rear side through the fluid passage areas defined in this way.
  • the flat textile structure preferably has uniform fluid passage regions which are arranged regularly and spaced apart. Regularly and spaced-apart uniform fluid passage areas are defined, for example, by adjacent meshes, especially if the textile fabric is a knitted fabric or by surrounding, (e.g. orthogonally) intersecting sections of carbon fiber-containing yarn, especially if that textile fabric is a scrim or fabric.
  • Nonwovens do not have any uniform fluid passage regions that are arranged regularly and spaced apart.
  • the carbon fiber-containing droplet separation material according to the invention preferably comprises a support component. It has been found that the support component favors a dimensionally stable, open / porous structure of the droplet separation material.
  • the support component is not absolutely necessary if the thickness of the carbon fiber-containing yarn and the nature of the textile fabric ensure sufficient stability. However, the support component allows a free choice of the carbon fiber-containing yarn, regardless of the mechanical requirements that the gas flow makes on the textile fabric. With sufficient support, gas streams can be guided through the textile fabric at high flow rates, even if the textile fabric is formed using very thin and consequently more flexible yarns and the textile fabric spans a large cross section through which gas flows.
  • the support component there are no restrictions, provided that it meets the requirements for the support function and stability in the application conditions (temperature, surrounding media) associated with the respective droplet separation application.
  • a more pronounced support function may be required if a drop separation is to be effected with a textile fabric that is formed from thin and fle xiblem carbon fiber-containing yarn and at the same time should span a large cross-section of a fast-flowing gas stream.
  • a far less or no support function may be sufficient if droplet separation is to be effected with a textile fabric that is made of thick, rather inflexible carbon fiber-containing yarn and at the same time a small cross-section of a slowly flowing gas stream is to be spanned by the textile fabric.
  • the person skilled in the art selects the support component taking into account these process-related framework conditions to be met.
  • the support component can e.g. be selected under
  • CFC carbon fiber reinforced carbon
  • the incorporated support filament offers even higher dimensional stability than a stable, open 3D structure of the textile fabric. This is especially true when the support filament incorporated into the textile fabric runs parallel to the carbon fiber-containing yarn, as is e.g. can be achieved by co-knitting carbon fiber-containing yarn and support filament.
  • the support filament can comprise a thermoplastic monofilament or, particularly preferably, be a thermoplastic monofilament.
  • the thermoplastic monofilament can be a polyalkylene monofilament, preferably a polypropylene monofilament, or a fluoropolymer monofilament, preferably a polytetrafluoroethylene monofilament. Fluoropolymer monofilaments have a high corrosion resistance and can also be used at high operating temperatures.
  • the carbon fiber bridges fix intersecting yarn strand areas and thus counteract any slipping of the yarn strand areas. It has been found that this also increases the dimensional stability.
  • the bridges are useful and sufficient for fixing and maintaining the stability of the textile fabric in the gas flow. However, it is not necessary for the bridges to belong to carbon fibers of different, intersecting yarn strand areas.
  • the bridges can also connect carbon fibers that run in the same direction within the same yarn strand (essentially parallel to one another). In a knitted fabric, bridges of this type present within the same yarn strand stiffen the mesh-like course of the yarn without preventing intersecting yarn strand regions from slipping.
  • the carbon fiber connecting bridges can be formed from a carbon material.
  • the word bridge does not place any requirement on the geometric shape of the physical connection created by the carbon fiber connecting bridges.
  • a bridge can be formed, for example, by a solidified and possibly carbonized resin droplet that physically connects two carbon fibers.
  • a “carbon material” is a material which has a mass fraction of carbon of at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight.
  • the bridges can preferably be formed by immersing the unstabilized textile fabric in a liquid medium, for example a synthetic resin contains a component with a significant carbon yield, for example phenolic resin, and then carbonization of the textile fabric removed from the liquid medium. Alternatively, the liquid medium can be applied by spraying.
  • the carbonization ensures that the bridges connecting carbon fibers also consist of an inert carbon material.
  • an even higher operating temperature is possible for droplet separation - for example in comparison to the use of thermoplastic monofilaments.
  • the desired stabilization function is also achieved with a particularly low pressure drop.
  • the carbon fiber connecting bridges take up very little space and therefore, as desired, increase the pressure drop only very slightly.
  • the specific surface and the separation efficiency tend to be higher overall than in embodiments with monofilament, because the monofilament often has a relatively large diameter and has a correspondingly small specific surface.
  • the basket at least partially encompassing the textile surface structure supports the textile surface structure from the outside. It also protects against displacement of areas of the textile fabric, even with great forces, as can occur at high flow speeds of the gas flowing through and when using close-meshed textile fabrics (with correspondingly high pressure losses).
  • the laminating present in the layer composite with the textile fabric, e.g. the CFC grid.
  • the lamination and basket can also protect the textile from damage by solid particles carried along by the gas flow.
  • the support components can be combined as desired.
  • the statement that the carbon fiber-containing droplet separation material according to the invention can comprise a support component does not exclude one or more further support components which are additionally included.
  • the support component for example the support filament, preferably comprises a metal, a polymer, for example a thermoplastic, a polymer-coated metal or a carbon material.
  • a metal for example a thermoplastic, a polymer-coated metal or a carbon material.
  • thermoplastic enables a shaping, whereby the fiction, contemporary carbon fiber-containing droplet separation material or the droplet separation insert formed therefrom according to the invention, in particular with regard to the pressure loss can be further optimized.
  • the person skilled in the art knows how metals and thermoplastics can be brought into the desired shape.
  • the metal and / or polymer support component e.g. the metal and / or polymer support filament
  • the metal and / or polymer support component is spot welded. Spot welding of the metal and / or thermoplastic support filament leads to a further stabilization of the textile fabric and thereby has the effect of slipping apart a shaped, e.g. wrapped, droplet separator material particularly efficiently.
  • the carbon fiber containing yarn can e.g. be a carbon fiber yarn or a hybrid yarn.
  • Such yarns are described in EP 2160072 B1 and EP 0274970 B1.
  • the hybrid yarn also contains other fibers, e.g. Metal fibers, polymer fibers, basalt fibers or glass fibers.
  • a support component present in addition to these other fibers such as the above-mentioned support filament, the above-mentioned carbon fiber-connecting bridges, the above-mentioned basket that at least partially encompasses the textile fabric, or the above-mentioned lamination present in a layer composite with the textile fabric, e.g. the CFC grid.
  • the carbon fiber content of the yarn can be at least 10% by weight, for example.
  • higher carbon fiber contents of at least 20% by weight, in particular at least 30% by weight, particularly preferably at least 50% by weight, are advantageous according to the invention.
  • higher proportions of carbon fibers promote improved separation even with a low pressure loss. This is presumably due to the fact that the carbon fibers have a large surface area, in particular because of the small diameter of the carbon fibers, and thereby promote the separation of droplets.
  • the better wetting behavior of carbon fibers compared to glass fibers should also make a decisive contribution to this.
  • the carbon fibers are more corrosion-resistant than the glass fibers used today.
  • the diameter of the carbon fibers of the carbon fiber-containing yarn is preferably 2 to 30 ⁇ m, particularly preferably 3 to 15 ⁇ m, e.g. 5 to 10 pm.
  • the carbon fibers stabilize the plastic of the synthetic fibers above its softening temperature. This stabilizes the structure of the textile fabric above the softening temperature of the plastic, so that the plastic can also be used above its softening temperature.
  • the carbon fiber-containing yarn is a long, thin structure containing carbon fibers.
  • the average number of fibers in the yarn cross-section can be 10 to 100,000, in particular 20 to 50,000, preferably 40 to 25,000, particularly preferably 100 to 10,000, e.g. 200 to 5,000.
  • the carbon fiber-containing yarn is a twisted carbon fiber-containing yarn.
  • the twisted carbon fiber yarn comprises several twisted-together partial strands. It is known to the person skilled in the art that twisting can be carried out on twisting machines that have long been known.
  • the carbon fiber-containing yarn can be a stretch-broken carbon fiber yarn, which is described in EP 2160072 B1. It can be produced, for example, according to the method described in EP 0274970 B1.
  • the mean fiber length of the stretch-broken fibers of the yarn can easily influence the extent to which carbon fiber ends protrude from the yarn and can protrude into the fluid passage areas.
  • the person skilled in the art can use the mean fiber length as a parameter in order to optimize the drop separation material according to the invention in an application-specific manner. For many applications and especially when the fluid passage areas are relatively small, droplet separation is sufficient even if virtually no “free” carbon fiber ends protrude into the fluid passage area.
  • the yarn does not have to be a stretch-broken yarn.
  • the carbon fiber containing yarn can e.g. to be available,
  • the carbon fiber-containing yarn of the textile fabric can be formed from a wide variety of carbonizable fibers, including cellulose fibers, cellulose-based fibers such as e.g. Cellulose acetate fibers or viscose fibers, from polyacrylonitrile fibers, from oxidized polyacrylonitrile fibers, phenolic resin fibers, from polyimide fibers, from pitch fibers, from wool fibers or from mixtures thereof. They are preferably formed from polyacrylonitrile fibers, viscose fibers and / or pitch-based fibers.
  • the textile fabric it may be necessary to stabilize the textile fabric before it is subjected to pyrolysis.
  • stabilization generally takes place at 200 to 300 ° C. in air.
  • the polyacrylonitrile fibers are then converted into oxidized polyacrylonitrile fibers.
  • a carbon fiber bundle In the manufacture of the yarn from carbon fibers, a carbon fiber bundle can be subjected to tensile stress until the fibers break, in order to obtain a bundle of stretch-broken carbon fibers.
  • a bundle of oxidized polyacrylonitrile fibers can be tensioned until the fibers break to obtain a bundle of stretch-broken oxidized polyacrylonitrile fibers and the stretch-broken oxidized polyacrylonitrile fibers are carbonized.
  • one or more bundles of stretch-broken oxidized polyacrylonitrile fibers are first processed into a twisted yarn and only the stretch-broken oxidized polyacrylonitrile fibers present in the yarn are then carbonized.
  • the carbon fiber-containing yarn runs in the form of loops.
  • Carbon fiber sections and / or carbon fiber ends protrude from the “bends” of the meshes in the fluid passage areas surrounded by the meshed yarn. It is assumed that the carbon fiber sections and / or carbon fiber ends protruding into these areas promote the separation of liquid droplets, since the diffusion paths for the droplets are short, but at the same time a low pressure drop is guaranteed because of the large fluid passage areas given by the mesh can.
  • the textile fabric can then e.g. be a knitted fabric formed from the carbon fiber-containing yarn.
  • the textile fabric can also be a woven fabric or a nonwoven fabric.
  • the invention also relates to a droplet separator insert for a droplet separator, comprising several layers of the carbon fiber-containing droplet separator material according to the invention.
  • the layers are preferably stacked so that a gas stream flows through the layers one after the other. This results in a high separation efficiency.
  • the separation performance can also be adapted to the application in a particularly simple manner through the number of layers, the number of fibers processed in the droplet separation material (in exemplary embodiment 1 four yarns with 70 tex each were used, but a (much) higher or lower number is also conceivable Yarns with, for example, 100 tex or 140 tex each), due to the size of the individual fluid passage areas and the proportion of fluid passage areas in the total area of the textile fabrics of the different layers.
  • the invention also relates to a droplet separator, having a droplet separation material according to the invention or a droplet separation insert according to the invention.
  • the droplet separator preferably has an inflow zone and an outflow zone, which are arranged such that a gas flow from which liquid is to be separated can only pass through the droplet separation material from the inflow zone into the outflow zone.
  • the invention also relates to a method for producing a carbon fiber-containing droplet separation material according to the invention
  • Carbonizable precursor material means that of the material during carbonization, i.e. when heated from 0 to 1000 ° C at 10K / min under an N2 atmosphere, a residue of at least 20% by weight remains.
  • Another aspect of the invention is the use of a carbon fiber-containing yarn (e.g. in the form of the carbon fiber-containing droplet separation material according to the invention, the droplet separation insert according to the invention or the droplet separator) for separating liquid from a gas stream.
  • the separation of liquid from the gas stream can e.g. include,
  • FIG. 1 shows a carbon fiber-containing droplet separation material according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows a section of a carbon fiber-containing plug deposition material according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section of a mesh from FIG
  • the stitches of the co-knitted fabric produced according to embodiment 1 from a poly propylene monofilament and 4 carbon fiber yarns (70 tex each) can be clearly seen. They define fluid passage areas for the flow through the co-knit from the front (facing the viewer) to the rear (facing away from the viewer) of the co-knit.
  • the fluid passage areas are located between surrounding sections of the carbon fiber-containing yarns running in mesh along the polypropylene monofilaments. Individual carbon fibers protrude from the yarn and protrude into the fluid passage areas.
  • FIG. 2 shows carbon fiber-containing droplet separating material 1 according to the invention comprising a textile fabric 10, here in the form of a co-knit made of a support filament 12-1 and four carbon fiber yarns 11, as shown in FIG.
  • a textile fabric 10 here in the form of a co-knit made of a support filament 12-1 and four carbon fiber yarns 11, as shown in FIG.
  • each carbon fiber yarn 11 runs along the support filament 12-1 and the support filament 12-1 together with the four carbon fiber yarns 11 in the form of meshes 17.
  • droplet separation material 1 and textile surface area 10 are identical.
  • only one fluid passage area 13 is highlighted. Like the other fluid passage areas that are not provided with reference numerals in FIG. 2, it is located between surrounding sections of the carbon fiber yarns 11 running along the support filament 12-1. Carbon fibers protrude from the carbon fiber-containing yarns and protrude into the fluid passage areas ( shown here only for the fluid passage area provided with reference number 13).
  • a co-knit was produced from a polypropylene monofilament and 4 carbon fiber yarns (70 tex each).
  • a test droplet separator insert according to the invention was formed from this knitted fabric (diameter 300 mm, height 70 mm, 110 kg / m 3 , number of co- Knitted layers: 22).
  • Figure 1 shows a co-knitted layer of this drop separation insert.
  • a co-knitted fabric was produced from a polypropylene monofilament and a glass fiber thread (435 tex).
  • a test droplet separator insert was formed from this knitted fabric (diameter 300 mm, height 70 mm, 110 kg / m 3 , number of co-knitted fabric layers: 22).
  • the polypropylene monofilament support knitted fabric was the same in both co-knitted fabrics and was formed with a polypropylene monofilament with a diameter of 0.4 mm.
  • the performance data of the two test droplet separator inserts were determined in a test column.
  • the respective test droplet separator insert was flowed through with different gas volume flows.
  • the dry pressure loss of the droplet separation insert according to the invention was significantly lower than the dry pressure loss of the droplet separation insert produced for comparison purposes.
  • the pressure loss of the test droplet separator insert of the comparative example was 2 kPa, that of the exemplary embodiment according to the invention was only 1 kPa.
  • distilled water was atomized in a controlled manner and injected into the gas volume flow that was passed through the respective drop separation insert.
  • the drop spectrum was recorded by laser diffraction at a flow velocity of 0.4 m / s.
  • the two droplet separation inserts tested showed essentially the same droplet spectrum. About 70% of all drops with a diameter of 3.5 ⁇ m were separated.
  • the separation medium was tested with a constant flow velocity and with the same liquid load.
  • the droplet separator insert produced for comparison purposes had a significantly higher pressure loss under the selected conditions (fluctuating in the range from 900 Pa to 1150 Pa) than the droplet separator insert according to the invention (constant in the range from 350 to 400 Pa). This shows that the drop separator insert produced for comparison purposes was flooded faster than the drop separator insert according to the invention. Weighing showed that the droplet separation insert produced for comparison purposes had absorbed approximately twice as much liquid as the droplet separation insert according to the invention.
  • test results show that with the carbon fiber-containing droplet separation material according to the invention, liquid can be separated with a minimum expenditure of energy, even without having to force a change in direction of the gas flow.
  • This can be seen from the experimentally proven, according to the invention particularly low pressure loss and long-term pressure loss, with the separation efficiency remaining constant. In process operation, a low pressure loss usually means energy savings. Since carbon fibers are less sensitive to corrosion under many conditions compared to glass fibers, the invention is particularly suitable for use in highly corrosive gas flows.
  • a co-knit made of carbon fiber yarn and polypropylene monofilament was impregnated by dipping in phenolic resin.
  • the material was then thermally treated at 900 ° C. in an inert atmosphere.
  • the support filament has almost completely decomposed, while the phenolic resin resin was converted into a carbon coating during this treatment, which connects the yarn strands (via the carbon fibers they contain) and thus supports the open mesh structure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) umfassend ein textiles Flächengebilde (10), wobei das textile Flächengebilde (10) ein carbonfaserhaltiges Garn (11) und Fluiddurchtrittsbereiche (13) zur Durchströmung des textilen Flächengebildes (10) von der Vorderseite zur Rückseite des textilen Flächengebildes (10), aufweist.

Description

CARBONFASERHALTIGES TROPFENABSCHEIDUNGSMATERIAL
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial, ein Verfahren zur Herstellung dieses Materials und die Verwendung eines carbonfaserhaltigen Garns zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gasstrom.
Vorrichtungen zur Abtrennung von Flüssigkeitstropfen aus Gasströmen sind bekannt.
Die WO 2018/069812 A1 beschreibt einen Flüssigkeitsabscheider mit einem Gehäuse, das eine Trennkammer umgibt. In der Trennkammer strömt ein Flüssigkeitstropfen enthaltender Gasstrom tangential zu einer Gehäusewand, so dass Flüssigkeitstropfen an der Wand des Gehäuses abgeschieden werden können. Die Gehäusewand ist zweischichtig. Sie umfasst eine Auskleidung, an deren Außenseite ein Komposit angebracht oder gewunden ist. Es ist beschrieben, dass das Komposit in eine Harzmatrix eingebrachte Fasern, z.B. Glasfasern, Aramidfasern, Carbonfasern oder Basaltfasern umfassen kann. In dem Gehäuse kann unten ein T ropfenabscheider angeordnet sein, zur Aufnahme von T röpfchen, die nicht an der Ge häusewand abgeschieden wurden. Es ist beschrieben, dass der Tropfenabscheider z.B. ein offener Schaum, ein schwammartiges oder ein weiches Material sein kann.
In der Offenlegungsschrift DE 198 58 367 A1 sind Füllkörper und Einbauten zum Stoff- oder Wärmeaustausch, sowie zum Mischen und Trennen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien beschrieben. Darin wird eine schwere Phase (Flüssigkeit) von nebeneinander auf einer Querschnittsebene angeordneten Ablaufstellen in drei oder mehreren seitlichen Rich tungen zu Sammelstellen der darunter befindlichen Querschnittsebene geleitet und mit von benachbarten oberen Ablaufstellen kommender Flüssigkeit vereinigt und miteinander ge mischt. Die Querschnittsebenen können über Drähte oder Fäden verbunden sein. Es ist auch beschrieben, dass die Drähte oder Fäden aus verschiedenen Materialien, (genannt sind neben vielen anderen Materialien auch Kohlefasern) hergestellt sein können. Die Vor richtung soll auch als Demister zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen wirken können.
DE 1 1 2013 004 287 T5 betrifft Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider mit einem Trägheitskol lektor, der eine scharfe Richtungsänderung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen bewirkt, wodurch eine Trennung von flüssigen Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom bewirkt wird. Der Trägheitskollektor umfasst ein poröses Sammelsubstrat. Es ist beschrieben, dass das po röse Sammelsubstrat Fasern umfassen kann, die so behandelt sind, dass Sie oleophob sind und einer Verklebung durch Öl wiederstehen. Genannt werden unter anderem auch Kohlefa sermedien mit einer oleophoben Beschichtung. Als oleophobe Beschichtungen sind ge nannt: Fluorkohlenstoffharz, Silikonharz, bestimmte Polysiloxan-Tenside.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Material bereitzustellen, mit des sen Hilfe sich Flüssigkeit auch aus hochkorrosiven Gasströmen mit minimalem Energieauf wand abscheiden lässt, auch ohne eine Richtungsänderung des Gasstromes erzwingen zu müssen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial um fassend ein textiles Flächengebilde, wobei das textile Flächengebilde ein carbonfaserhal tiges Garn und Fluiddurchtrittsbereiche zur Durchströmung des textilen Flächengebildes von der Vorderseite zur Rückseite des textilen Flächengebildes, aufweist.
Die Fluiddurchtrittsbereiche sind definiert durch Abschnitte carbonfaserhaltigen Garns, die innerhalb des textilen Flächengebildes verlaufen. Die Fluiddurchtrittsbereiche sind von die sen Abschnitten umgeben. Durch die so definierten Fluiddurchtrittsbereiche hindurch ist das textile Flächengebilde von dessen Vorderseite zu dessen Rückseite durchströmbar. Vor zugsweise weist das textile Flächengebilde regelmäßig und beabstandet angeordnete gleichförmige Fluiddurchtrittsbereiche auf. Regelmäßig und beabstandet angeordnete gleichförmige Fluiddurchtrittsbereiche werden z.B. definiert durch benachbarte Maschen, insbesondere wenn das textile Flächengebilde ein Gestrick ist oder durch umgebende, sich (z.B. orthogonal) kreuzende Abschnitte carbonfaserhaltigen Garns, insbesondere wenn das textile Flächengebilde ein Gelege oder ein Gewebe ist. Vliese weisen keine regelmäßig und beabstandet angeordneten gleichförmigen Fluiddurchtrittsbereiche auf.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße carbonfaserhaltige Tropfenabscheidungs material eine Stützkomponente. Es wurde gefunden, dass die Stützkomponente eine dimen sionsstabile, offene/poröse Struktur des Tropfenabscheidungsmaterials begünstigt. Die Stützkomponente ist nicht zwingend erforderlich, wenn die Dicke des carbonfaserhaltigen Garns und die Beschaffenheit des textilen Flächengebildes für eine ausreichende Stabilität sorgen. Jedoch ermöglicht die Stützkomponente eine freie Wahl des carbonfaserhaltigen Garns, unabhängig von den mechanischen Anforderungen, die der durchströmende Gasstrom an das textile Flächengebilde stellt. Bei ausreichender Stützung können Gas ströme mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten durch das textile Flächengebilde geführt werden, auch wenn die textilen Flächengebilde unter Verwendung sehr dünner und folglich flexiblerer Garne gebildet sind und das textile Flächengebilde einen großen gasdurchström- ten Querschnitt überspannt.
Hinsichtlich der Wahl der Stützkomponente bestehen keine Beschränkungen, sofern sie die mit der jeweiligen Tropfenabscheidungsanwendung einhergehenden Anforderungen an die Stützfunktion und Stabilität in den Anwendungsbedingungen (Temperatur, umgebende Me dien) erfüllt. Eine ausgeprägtere Stützfunktion kann erforderlich sein, wenn eine Tropfenab scheidung mit einem textilen Flächengebilde bewirkt werden soll, das aus dünnem und fle xiblem carbonfaserhaltigem Garn gebildet ist und zugleich einen großen Querschnitt eines schnell strömenden Gasstroms überspannen soll. Hingegen kann eine weitaus geringere oder keine Stützfunktion ausreichen, wenn eine Tropfenabscheidung mit einem textilen Flächengebilde bewirkt werden soll, das aus dickem, eher unflexiblem carbonfaserhaltigem Garn gebildet ist und zugleich durch das textile Flächengebilde ein kleiner Querschnitt eines langsam strömenden Gasstroms überspannt werden soll. Der Fachmann wählt die Stütz komponente unter Mitberücksichtigung dieser prozesstechnisch zu erfüllenden Rahmenbe dingungen aus. Die Stützkomponente kann z.B. ausgewählt sein unter
einem in das textile Flächengebilde eingearbeiteten Stützfilament,
carbonfaserverbindenden Brücken,
einem das textile Flächengebilde mindestens teilweise umgreifenden Korb, und einer im Schichtverbund mit dem textilen Flächengebilde vorliegenden Kaschierung, z.B. einem CFC-Gitter. CFC steht für carbonfaserverstärkten Kohlenstoff.
Das eingearbeitete Stützfilament bietet eine noch höhere Dimensionsstabilität, als eine stabile, offene 3D Struktur des textilen Flächengebildes. Dies gilt insbesondere, wenn das in das textile Flächengebilde eingearbeitete Stützfilament parallel zum carbonfaserhaltigen Garn verläuft, wie es z.B. durch Co-Stricken von carbonfaserhaltigem Garn und Stützfila ment erreicht werden kann. Das Stützfilament kann ein Thermoplastmonofilament umfassen oder, besonders bevorzugt, ein Thermoplastmonofilament sein. Das Thermoplastmono filament kann ein Polyalkylenmonofilament, vorzugsweise ein Polypropylenmonofilament, oder ein Fluorpolymermonofilament, vorzugsweise ein Polytetrafluorethylenmonofilament, sein. Fluorpolymermonofilamente bewirken eine hohe Korrosionsbeständigkeit und können auch bei hohen Einsatztemperaturen verwendet werden.
Die carbonfaserverbindenden Brücken fixieren sich kreuzende Garnstrangbereiche und wirken somit einem Verrutschen der Garnstrangbereiche entgegen. Es wurde gefunden, dass auch dies die Dimensionsstabilität steigert. Zur Fixierung und Erhalt der Stabilität des textilen Flächengebildes im Gasstrom sind die Brücken sinnvoll und ausreichend. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Brücken Carbonfasern unterschiedlicher, sich kreuzender Garn strangbereiche angehören. Die Brücken können auch Carbonfasern verbinden, die innerhalb desselben Garnstrangs (im Wesentlichen parallel zueinander) in dieselbe Richtung verlau fen. In einem Gestrick versteifen derartige, innerhalb desselben Garnstrangs vorliegende Brücken den maschenförmigen Verlauf des Garns, ohne ein Verrutschen sich kreuzender Garnstrangbereiche zu verhindern.
Die carbonfaserverbindenden Brücken können aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet sein. Das Wort Brücke stellt keine Anforderung an die geometrische Form der physischen Verbin dung, die durch die carbonfaserverbindenden Brücken geschaffen ist. Eine Brücke kann z.B. durch ein erstarrtes und ggf. carbonisiertes Harztröpfchen gebildet sein, das zwei Carbon fasern physisch verbindet. Als„Kohlenstoffmaterial“ ist ein Material bezeichnet, das einen Massenanteil an Kohlenstoff von mindestens 80 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% aufweist. Die Brücken können vorzugsweise gebildet werden durch Tauchen des unstabilisierten textilen Flächengebildes in ein flüssiges Medium, z.B. ein Kunstharz, das einen Bestandteil mit signifikanter Kohlenstoffausbeute enthält, z.B. Phenolharz, und an schließende Carbonisierung des aus dem flüssigen Medium herausgenommenen textilen Flächengebildes. Das Aufbringen des flüssigen Mediums kann alternativ durch aufsprühen erfolgen. Durch die Carbonisierung wird erreicht, dass auch die carbonfaserverbindenden Brücken aus einem inerten Kohlenstoffmaterial bestehen. Dadurch wird für die Tropfen abscheidung - etwa im Vergleich zur Verwendung von Thermoplastmonofilamenten - eine noch höhere Einsatztemperatur möglich. Im Vergleich zum Thermoplastmonofilament wird außerdem die gewünschte Stabilisierungsfunktion bei gleichzeitig besonders geringem Druckabfall erreicht. Die carbonfaserverbindenden Brücken nehmen sehr wenig Raum ein und steigern den Druckabfall deshalb erwünschtermaßen nur sehr geringfügig. Außerdem ist die spezifische Oberfläche und die Abscheideleistung insgesamt tendenziell höher, als bei Ausführungsformen mit Monofilament, denn das Monofilament hat häufig einen relativ großen Durchmesser und weist eine dementsprechend geringe spezifische Oberfläche auf.
Der das textile Flächengebilde mindestens teilweise umgreifende Korb stützt das textile Flächengebilde von außen. Er schützt zudem vor einer Verschiebung von Bereichen des textilen Flächengebildes auch bei großen Kräften, wie sie bei hohen Strömungsgeschwindig keiten des durchströmenden Gases und bei der Verwendung engmaschiger textiler Flächen gebilde (mit dementsprechend hohen Druckverlusten) auftreten können. Ähnliche Effekte bewirkt auch die im Schichtverbund mit dem textilen Flächengebilde vorliegende Kaschie rung, z.B. das CFC-Gitter. Kaschierung und Korb können auch vor Beschädigung des Textils durch vom Gasstrom mitgerissene Festkörperpartikel schützen.
Erfindungsgemäß lassen sich die Stützkomponenten beliebig kombinieren. Die Angabe, dass das erfindungsgemäße carbonfaserhaltige Tropfenabscheidungsmaterial eine Stütz komponente umfassen kann, schließt eine oder mehrere weitere, zusätzlich umfasste Stütz komponenten nicht aus.
Vorzugsweise umfasst die Stützkomponente, z.B. das Stützfilament, ein Metall, ein Polymer, z.B. ein Thermoplast, ein polymerbeschichtetes Metall oder ein Kohlenstoffmaterial. Die Nut zung von Metall oder Thermoplast ermöglichen eine Formgebung, wodurch das erfindungs gemäße carbonfaserhaltige Tropfenabscheidungsmaterial oder der hieraus erfindungs gemäß gebildete Tropfenabscheidungseinsatz insbesondere hinsichtlich des Druckverlustes weiter optimiert werden kann. Dem Fachmann ist bekannt, wie sich Metalle und Thermo plaste in die gewünschte Form bringen lassen.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Metall- und/oder Polymerstützkomponente, z.B. das Metall- und/oder Polymerstützfilament, punktverschweißt ist. Punktschweißen des Metall- und/oder Thermoplaststützfilaments führt zu einer weiteren Stabilisierung des textilen Flächengebildes und wirkt dabei einem Auseinanderrutschen eines geformten, z.B. ge wickelten, Tropfenabscheidematerials besonders effizient entgegen.
Das carbonfaserhaltige Garn kann z.B. ein Carbonfasergarn oder ein Hybridgarn sein. Derartiger Garne sind beschrieben in EP 2160072 B1 und EP 0274970 B1.
Im Hybridgarn sind neben Carbonfasern auch andere Fasern enthalten, z.B. Metallfasern, Polymerfasern, Basaltfasern oder Glasfasern.
Als Stützkomponente des textilen Flächengebildes können beim Hybridgarn aufgefasst wer den:
mit zum Garn verarbeitete, andere Fasern, die eine Stützfunktion übernehmen kön nen; oder
eine zusätzlich zu diesen anderen Fasern vorliegende Stützkomponente, wie das oben genannte Stützfilament, die oben genannten carbonfaserverbindenden Brücken, der oben genannte, das textile Flächengebilde mindestens teilweise um greifende Korb, oder die oben genannte, im Schichtverbund mit dem textilen Flächengebilde vorliegenden Kaschierung, z.B. das CFC-Gitter.
Der Carbonfaseranteil des Garns kann z.B. mindestens 10 Gew.-% betragen. Im Allge meinen sind höhere Carbonfaseranteile, von mindestens 20 Gew.-%, insbesondere min destens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-% erfindungsgemäß vorteil haft. Es wurde gefunden, dass höhere Carbonfaseranteile eine verbesserte Abscheidung auch bei geringem Druckverlust begünstigen. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, dass die Carbonfasern insbesondere wegen deren geringer Durchmesser der Carbonfasern eine große Oberfläche haben und dadurch die Abscheidung von Tröpfchen begünstigen. Entscheidend beitragen dürfte hierzu auch das bessere Benetzungsverhalten von Carbonfa sern im Vergleich zu Glasfasern. Außerdem sind die Carbonfasern korrosionsbeständiger als die heute eingesetzten Glasfasern.
Der Durchmesser der Carbonfasern des carbonfaserhaltigen Garns beträgt vorzugsweise 2 bis 30 pm, besonders bevorzugt 3 bis 15 pm, z.B. 5 bis 10 pm.
Wenn im Hybridgarn neben Carbonfasern Kunstfasern vorliegen, stabilisieren die Carbon fasern den Kunststoff der Kunstfasern oberhalb von dessen Erweichungstemperatur. Dies stabilisiert die Struktur des textilen Flächengebildes auch oberhalb der Erweichungstem peratur des Kunststoffs, so dass ein Einsatz des Kunststoffs auch oberhalb dessen Er weichungstemperatur möglich wird.
Das carbonfaserhaltige Garn ist ein langes, dünnes, Carbonfasern enthaltendes Gebilde.
Die mittlere Zahl der Fasern im Garnquerschnitt kann 10 bis 100.000, insbesondere 20 bis 50.000, vorzugsweise 40 bis 25.000, besonders bevorzugt 100 bis 10.000, z.B. 200 bis 5.000 betragen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das carbonfaserhaltige Garn ein verzwirntes carbonfaserhaltiges Garn. Das verzwirnte carbonfaserhaltige Garn um fasst mehrere zusammengedrehte Teilstränge. Dem Fachmann ist bekannt, dass das Zwir nen auf lange bekannten Zwirnmaschinen durchgeführt werden kann.
Die Herstellung von Garnen und von textilen Flächengebilden ist dem Fachmann bekannt. Sie ist z.B. ausführlich beschrieben in dem vom Fonds der Chemischen Industrie im Ver band der Chemischen Industrie e. V., in Kooperation mit TEGEWA e. V. herausgegebenen Textheft zur Informationsserie Textilchemie (Erstauflage: Januar 2007); Autoren: Dipl. -Ing. Anka Bode, Dr. Peter Hardt, Dipl. -Ing. Michael Pöhlig, Dr. Wilhelm Rauch, Dr. Volker Schröder, Prof. Dr. Michael W. Tausch, Dipl. -Ing. Wolfgang Tiedemann, Dipl. -Ing. Michaele Uppenkamp, Dr. Annette Vielfort.
Das carbonfaserhaltige Garn kann ein streckgerissenes Carbonfasergarn sein, das in EP 2160072 B1 beschrieben ist. Es kann z.B. nach dem in EP 0274970 B1 beschriebenen Ver fahren hergestellt sein. Der Fachmann versteht angesichts der vorliegenden Erfindung, dass sich über die mittlere Faserlänge der streckgerissenen Fasern des Garns (Stapellänge) leicht beeinflussen lässt, in welchem Umfang Carbonfaserenden vom Garn abstehen und in die Fluiddurchtrittsbereiche hineinragen können. Der Fachmann kann die mittlere Faser länge als einen Parameter heranziehen, um das erfindungsgemäße Tropfenabscheidungs material anwendungsspezifisch zu optimieren. Für vielerlei Anwendungen und insbeson dere, wenn die Fluiddurchtrittsbereiche relativ kleinflächig sind, genügt die Tropfenabschei dung auch wenn quasi keine„freien“ Carbonfaserenden in die Fluiddurchtrittsbereich hinein ragen. Erfindungsgemäß muss das Garn also kein streckgerissenes Garn sein.
Das carbonfaserhaltige Garn kann z.B. erhältlich sein,
A) durch ein Verfahren, bei dem ein Garn aus Carbonfasern hergestellt wird, oder
B) durch ein Verfahren, bei dem ein Garn aus Vorläuferfasern, z.B. aus oxidierten Polylacrylnitrilfasern, carbonisiert wird.
Das carbonfaserhaltige Garn des textilen Flächengebildes kann aus unterschiedlichsten carbonisierbaren Fasern gebildet sein, unter anderem aus Cellulosefasern, aus cellulose basierten Fasern wie z.B. Celluloseacetatfasern oder Viskosefasern, aus Polyacrylnitril fasern, aus oxidierten Polyacrylnitrilfasern, Phenolharzfasern, aus Polyimidfasern, aus Pech fasern, aus Wollfasern oder aus Mischungen davon. Vorzugsweise sind sie gebildet aus Polyacrylnitrilfasern, Viskosefasern und/oder pechbasierte Fasern.
Je nach Faserzusammensetzung kann eine Stabilisierung des textilen Flächengebildes erforderlich sein, bevor es der Pyrolyse unterworfen wird. Bei Polyacrylnitrilfasern erfolgt die Stabilisierung im Allgemeinen bei 200 bis 300 °C an Luft. Die Polyacrylnitrilfasern werden dann zu oxidierten Polyacrylnitrilfasern umgesetzt.
Bei der Herstellung des Garns aus Carbonfasern kann ein Carbonfaserbündel einer Zug spannung ausgesetzt werden, bis die Fasern reißen, um ein Bündel streckgerissener Car bonfasern zu erhalten.
Das Verfahren, bei dem ein Garn aus oxidierten Polylacrylnitrilfasern carbonisiert wird, kann ein Bündel oxidierter Poylacrylnitrilfasern einer Zugspannung ausgesetzt werden, bis die Fasern reißen, um ein Bündel streckgerissener oxidierter Polylacrylnitrilfasern zu erhalten und die streckgerissenen oxidierten Polylacrylnitrilfasern carbonisiert werden. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Bündel streckgerissener oxidierte Polyacrylnitrilfasern zunächst zu einem verzwirnten Garn verarbeitet und erst die im Garn vorliegenden, streckgerissenen oxi dierten Polyacrylnitrilfasern werden dann carbonisiert.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verläuft das carbonfaserhaltige Garn in Form von Maschen. Von den„Biegungen“ der Maschen stehen Carbonfaserab schnitte und/oder Carbonfaserenden in die vom maschenförmig verlaufenden Garn umgebe nen Fluiddurchtrittsbereiche ab. Es wird vermutet, dass die in diese Bereiche hineinragen den Carbonfaserabschnitte und/oder Carbonfaserenden eine Abscheidung von Flüssig keitströpfchen begünstigen, da die Diffusionswege für die Tröpfchen kurz sind, gleichzeitigt aber wegen den - durch die Maschen - vorgegebenen, großen Fluiddurchtrittsbereichen ein niedriger Druckabfall gewährleistet werden kann. Das textile Flächengebilde kann dann z.B. ein aus dem carbonfaserhaltigen Garn gebildetes Gestrick sein.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann das textile Flächengebilde jedoch auch ein Gewebe, oder ein Vliesstoff sein.
Die Erfindung betrifft auch einen Tropfenabscheidungseinsatz für einen Tropfenabscheider, aufweisend mehrere Lagen des erfindungsgemäßen carbonfaserhaltigen Tropfenabschei dungsmaterials. Die Lagen sind vorzugsweise gestapelt, so dass ein Gasstrom die Lagen nacheinander durchströmt. Dies bewirkt eine hohe Abscheideleistung. Die Abscheide leistung kann überdies anwendungsspezifisch besonders einfach angepasst werden durch die Zahl der Lagen, die Zahl der verarbeiteten Fasern im Tropfenabscheidungsmaterial (es wurden im Ausführungsbeispiel 1 vier Garne mit je 70 tex verwendet, denkbar sind aber auch eine (viel) höhere oder niedrigere Zahl an Garnen mit, z.B. je 100 tex oder 140 tex), durch die Größe der einzelnen Fluiddurchtrittsbereiche und den Anteil der Fluiddurchtritts bereiche an der Gesamtfläche der textilen Flächengebilde der unterschiedlichen Lagen.
Die Erfindung betrifft zudem einen Tropfenabscheider, aufweisend ein erfindungsgemäßes Tropfenabscheidungsmaterial oder einen erfindungsgemäßen Tropfenabscheidungseinsatz. Vorzugsweise weist der Tropfenabscheider eine Anströmzone und eine Abströmzone auf, die so angeordnet sind, dass ein Gasstrom, aus dem Flüssigkeit abgeschieden werden soll, nur durch das Tropfenabscheidungsmaterial hindurch von der Anströmzone in die Ab- strömzone gelangen kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen carbon faserhaltigen T ropfenabscheidungsmaterials,
wobei das carbonfaserhaltige Garn und das Stützfilament, gemeinsam zu dem tex tilen Flächengebilde verarbeitet, z.B. verstrickt, werden; oder
wobei das carbonfaserhaltige Garn zu einem textilen Flächenvorgebilde verarbeitet, z.B. verstrickt, wird und daraus durch Kontaktierung des Flächenvorgebildes mit einem flüs sigen Medium, das ein carbonisierbares Präkursormaterial enthält, das textile Flächenge bilde mit carbonfaserverbindenden Brücken hergestellt wird.„Carbonisierbares Präkursor material“ bedeutet, dass von dem Material bei Carbonisierung, d.h. bei Aufheizen von 0 bis 1000°C mit 10K/min unter N2-Atmosphäre ein Rückstand von mindestens 20 Gew.-% bleibt.
Einen weiteren Aspekt der Erfindung bildet die Verwendung eines carbonfaserhaltigen Garns (z.B. in Form des erfindungsgemäßen carbonfaserhaltigen Tropfenabscheidungs materials, des erfindungsgemäßen Tropfenabscheidungseinsatzes oder des Tropfenab scheiders) zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gasstrom. Die Abscheidung von Flüssigkeit aus dem Gasstrom kann z.B. umfassen,
die Abscheidung von Flüssigkeit aus einem hochkorrosiven Gasstrom, z.B. aus HF, HCl, HBr, H2SO4, oder H3PO4 enthaltenden hochkorrosiven Gas strömen, in thermischen Trennprozessen,
die Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gasstrom bei Temperaturen von 100 °C oder mehr, oder
die Abscheidung von Flüssigkeit aus mit Säure belasteten organischen Gas phasen.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Figuren und Ausführungsbeispiele veranschau licht, ohne darauf beschränkt zu sein.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungs material. Figur 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen carbonfaser haltigen T ropfenabscheidungsmaterials
Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer Masche aus Figur 2
Im Foto der Figur 1 sind Maschen des gemäß Ausführungsbeispiel 1 aus einem Poly propylenmonofilament und 4 Carbonfasergarnen (je 70 tex) hergestellten Co-Gestricks gut zu erkennen. Sie definieren Fluiddurchtrittsbereiche zur Durchströmung des Co-Gestricks von der Vorderseite (dem Betrachter zugewandt) zur Rückseite (vom Betrachter abgewandt) des Co-Gestricks. Die Fluiddurchtrittsbereiche befinden sich zwischen umgebenden Ab schnitten der entlang der Polypropylenmonofilamente maschenförmig verlaufenden carbon faserhaltigen Garne. Einzelne Carbonfasern stehen aus dem Garn ab und ragen bis in die Fluiddurchtrittsbereiche hinein.
Der Ausschnitt der Figur 2 zeigt erfindungsgemäßes carbonfaserhaltiges Tropfenabschei dungsmaterial 1 umfassend ein textiles Flächengebilde 10, hier in Form eines Co-Gestricks aus einem Stützfilament 12-1 und vier Carbonfasergarnen 11 , wie in Figur 3 gezeigt. Im Co- Gestrick verläuft jedes Carbonfasergarn 11 entlang des Stützfilaments 12-1 und das Stütz filament 12-1 zusammen mit den vier Carbonfasergarnen 11 in Form von Maschen 17. In dem hier gezeigten Beispiel sind Tropfenabscheidungsmaterial 1 und textiles Flächenge bilde 10 identisch. In Figur 2 ist nur ein Fluiddurchtrittsbereich 13 hervorgehoben. Wie die anderen Fluiddurchtrittsbereiche, die in Figur 2 nicht mit Bezugszeichen versehen sind, be findet er sich zwischen umgebenden Abschnitten der entlang des Stützfilaments 12-1 ver laufenden Carbonfasergarnen 11. Von den carbonfaserhaltigen Garnen stehen Carbon fasern ab und ragen bis in die Fluiddurchtrittsbereiche hinein (hier nur gezeigt für den mit Bezugszeichen 13 versehenen Fluiddurchtrittsbereich).
Ausführungsbeispiel 1
Es wurde ein Co-Gestrick aus einem Polypropylenmonofilament und 4 Carbonfasergarnen (je 70 tex) hergestellt. Aus diesem Gestrick wurde ein erfindungsgemäßer Test-Tropfenab- scheidungseinsatz geformt (Durchmesser 300 mm, Höhe 70 mm, 110 kg/m3, Zahl der Co- Gestricklagen: 22). Figur 1 zeigt eine Co-Gestricklage dieses Tropfenabscheidungsein satzes.
Vergleichsbeispiel
Es wurde ein Co-Gestrick aus einem Polypropylenmonofilament und einem Glasfaserfaden (435 tex) hergestellt. Aus diesem Gestrick wurde ein Test-Tropfenabscheidungseinsatz ge formt (Durchmesser 300 mm, Höhe 70 mm, 1 10 kg/m3, Zahl der Co-Gestricklagen: 22).
Das Polypropylen-Monofilament-Stützgestrick war in beiden Co-Gestricken gleich und mit einem Polypropylen-Monofilament mit einem Durchmesser von 0,4 mm gebildet.
In einer Prüfkolonne wurden die Leistungsdaten der beiden Test-Tropfenabscheidungs- einsätze ermittelt.
Zur Bestimmung des trockenen Druckverlusts wurde der jeweilige Test-Tropfenabschei- dungseinsatz mit unterschiedlichen Gasvolumenströmen durchströmt.
Es zeigte sich, dass der trockene Druckverlust des erfindungsgemäßen Tropfenabschei dungseinsatzes deutlich geringer war, als der trockene Druckverlust des zu vergleichs zwecken hergestellten Tropfenabscheidungseinsatzes. Bei gleicher Strömungsgeschwindig keit von ca. 3 m/s lag der Druckverlust des Test-Tropfenabscheidungseinsatzes des Ver gleichsbeispiels bei 2 kPa, der des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels jedoch nur bei 1 kPa. Dieser Vorteil des erfindungsgemäßen Test-Tropfenabscheidungseinsatzes war über raschend, da beide Test-Tropfenabscheidungseinsatze im Wesentlichen gleich aufgebaut waren.
Zur Bestimmung des Fraktionsabscheidegrads wurde destilliertes Wasser kontrolliert zer stäubt und in den Gasvolumenstrom injiziert, der durch den jeweiligen Tropfenabschei dungseinsatz geführt wurde. Die Aufnahme des Tropfenspektrums erfolgte durch Laserbeu gung bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 m/s. Die beiden getesteten Tropfenab scheidungseinsätze zeigten im Wesentlichen dasselbe Tropfenspektrum. Es wurden etwa 70 % aller Tropfen mit einem Durchmesser von 3,5 pm abgetrennt. Zur Messung des langzeit Druckverlusts wurde das Abscheidemedium jeweils mit einer konstanten Anströmgeschwindigkeit und mit gleicher Flüssigkeitsbelastung getestet. Der zu Vergleichszwecken hergestellte Tropfenabscheidungseinsatz hatte unter den gewählten Be dingungen einen deutlich höheren Druckverlust (schwankend im Bereich von 900 Pa bis 1 150 Pa), als der erfindungsgemäße Tropfenabscheidungseinsatz (konstant im Bereich von 350 bis 400 Pa). Dies zeigt, dass der zu Vergleichszwecken hergestellte Tropfenabschei dungseinsatz schneller geflutet wurde, als der erfindungsgemäße Tropfenabscheidungsein satz. Durch Wägung zeigte sich, dass der zu Vergleichszwecken hergestellte Tropfenab scheidungseinsatz etwa doppelt so viel Flüssigkeit aufgenommen hatte, als der erfindungs gemäße T ropfenabscheidungseinsatz.
Die Testergebnisse zeigen, dass sich mit dem erfindungsgemäßen carbonfaserhaltigen Tropfenabscheidungsmaterial Flüssigkeit mit minimalem Energieaufwand abscheiden lässt, auch ohne eine Richtungsänderung des Gasstromes erzwingen zu müssen. Dies ist am experimentell belegten, erfindungsgemäß besonders geringen Druckverlust und langzeit Druckverlust zu erkennen, bei gleichzeitig gleichbleibender Abscheideleistung. Im Ver fahrensbetrieb bedeutet ein geringer Druckverlust in der Regel eine Energieeinsparung. Da Carbonfasern im Vergleich zu Glasfasern unter vielen Bedingungen weniger korrosions empfindlich sind, eignet sich die Erfindung insbesondere für den Einsatz in hochkorrosiven Gasströmen.
Ausführungsbeispiel 2
Herstellung eines erfindungsgemäßen carbonfaserhaltigen Tropfenabscheidungsmaterials mit carbonfaserverbindenden Brücken:
Zur Herstellung eines nur aus Kohlenstoffmaterialien bestehenden erfindungsgemäßen Tropfenabscheidungsmaterials mit carbonfaserverbindenden Brücken, wurde ein Co-Ge- strick aus Carbonfasergarn und Polypropylen-Monofilament durch Tauchen in Phenolharz imprägniert. Im Anschluss wurde das Material bei 900°C in inerter Atmosphäre thermisch behandelt. Dabei hat sich das Stützfilament nahezu restlos zersetzt, das Phenolharzharz hingegen wurde bei dieser Behandlung in eine Kohlenstoffbeschichtung umgewandelt, welche die Garnstränge (über die enthaltenen Carbonfasern) miteinander verbindet, und so die offene Maschenstruktur stützt.

Claims

Patentansprüche
1. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) umfassend ein textiles Flächen gebilde (10), wobei das textile Flächengebilde (10) ein carbonfaserhaltiges Garn (11) und Fluiddurchtrittsbereiche (13) zur Durchströmung des textilen Flächengebildes (10) von der Vorderseite zur Rückseite des textilen Flächengebildes (10), aufweist.
2. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial nach Anspruch 1 , umfassend eine Stützkomponente.
3. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 2, wobei die Stütz komponente ausgewählt ist unter
einem in das textile Flächengebilde (10) eingearbeiteten Stützfilament (12-1), carbonfaserverbindenden Brücken,
einem das textile Flächengebilde mindestens teilweise umgreifenden Korb, und einer im Schichtverbund mit dem textilen Flächengebilde (10) vorliegenden Kaschierung, z.B. einem CFC-Gitter.
4. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 2, wobei die Stütz komponente ein Metall, ein Polymer, z.B. ein Thermoplast, ein polymerbeschichtetes Metall oder ein Kohlenstoffmaterial umfasst.
5. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 1 , wobei das car bonfaserhaltige Garn (11) ein Carbonfasergarn oder ein Hybridgarn ist.
6. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 1 , wobei der Car bonfaseranteil des Garns mindestens 10 Gew.-% beträgt.
7. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 1 wobei das car bonfaserhaltige Garn erhältlich ist,
A) durch ein Verfahren, bei dem ein Garn aus Carbonfasern hergestellt wird, oder
B) durch ein Verfahren, bei dem ein Garn aus oxidierten Polyacrylnitrilfasern hergestellt und dann carbon isiert wird.
8. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 1 , wobei das car bonfaserhaltige Garn in Form von Maschen (17) verläuft.
9. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 3, wobei das Stützfilament (12-1) eine Thermoplastmonofilament umfasst.
10. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 9, wobei das Thermoplastmonofilament ein Polyalkylenmonofilament, vorzugsweise ein Polypropylen monofilament, oder ein Fluorpolymermonofilament, vorzugsweise ein Polytetrafluor ethylenmonofilament, umfasst.
11. Carbonfaserhaltiges Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach Anspruch 3, wobei die car bonfaserverbindenden Brücken aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet sind.
12. Tropfenabscheidungseinsatz für einen Tropfenabscheider, aufweisend mehrere Lagen des carbonfaserhaltigen Tropfenabscheidungsmaterials nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Tropfenabscheider, aufweisend ein Tropfenabscheidungsmaterial (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder einen Tropfenabscheidungseinsatz nach Anspruch 12.
14. Verfahren zur Herstellung eines carbonfaserhaltigen Tropfenabscheidungsmaterials (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11 ,
- wobei das carbonfaserhaltige Garn (11) und das Stützfilament (12-1), gemein sam zu dem textilen Flächengebilde (1) verarbeitet, z.B. verstrickt, werden; oder
- wobei das carbonfaserhaltige Garn (11) zu einem textilen Flächenvorgebilde ver arbeitet, z.B. verstrickt, wird und daraus durch Kontaktierung des Flächenvorge- bildes mit einem flüssigen Medium, das ein carbonisierbares Präkursormaterial enthält, das textile Flächengebilde (1) mit carbonfaserverbindenden Brücken her gestellt wird.
15. Verwendung eines carbonfaserhaltigen Garns (11) zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gasstrom.
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