DE19519616A1 - Spezielle Form von Körpern mit adsorbierenden Eigenschaften und ihre mögliche Verbindung zu festen Gebilden - Google Patents
Spezielle Form von Körpern mit adsorbierenden Eigenschaften und ihre mögliche Verbindung zu festen GebildenInfo
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Description
Adsorbenzien sind feste Substanzen, die aufgrund ihrer physikalischen Material
eigenschaften in der Lage sind, andere Stoffe zu binden. Sie weisen ein hohes
Volumen kleinster Poren auf, an deren inneren Oberfläche sich die Moleküle an
lagern und damit gebunden werden. Man spricht in diesem Falle von Adsorption.
Adsorbenzien werden sowohl zur Reinigung von Gasen wie von Flüssigkeiten
verwendet, auch kann man mit ihnen erwünschte Stoffe aufkonzentrieren.
Adsorbenzien werden seit Jahrzehnten im großtechnischen Maßstab, z. B. zur
Lösemittelrückgewinnung, zur Wasserreinigung, zur Luftfilterung gegen giftige
Substanzen (Gasmasken) oder einfach gegen Gerüche und für vielen andere
Anwendungen eingesetzt.
Als klassische Vertreter seien hier unter anderen die Aktivkohlen, Molekularsiebe
wie z. B. die Zeolithe oder auch in neuerer Zeit Adsorbenzien auf Polymerbasis
genannt, wobei in letzteren auch schon z. T. Absorption stattfindet.
Da das Adsorbensrohmaterial meistens aus zu großen Stücken besteht, wird es
üblicherweise in kleine Teilchen zerkleinert, oft wird es auch gemahlen und an
schließend mit einem Binder wieder zu kleinen Teilchen geformt.
Da letzterer Punkt für diese Erfindung von zentraler Bedeutung ist, soll er bei
spielhaft an der Herstellung von strangförmiger Aktivkohle beschrieben werden.
Als Basis für Aktivkohlen können verschiedene kohlenstoffhaltige Rohmaterialien
wie z. B. Steinkohle, Braunkohle, Holz, Torf oder sogar Krebsschalen verwendet
werden.
Je nach Ursprungsmaterial wird es in einem ersten Schrift vorgeschwelt um den
Kohlenstoffgehalt zu erhöhen, bei mineralischen Kohlen kann dies entfallen.
Der Rohstoff wird anschließend fein vermahlen und mit ca. 20% eines Binder
pechs, z. B. Steinkohlenteerpech oder Destillationsrückständen aus der Erölver
arbeitung, vermischt. Dieses Binderpech hat üblicherweise einen Erweichungs
punkt zwischen 150-200°C. Diese Masse wird anschließend im erwärmten Zu
stand durch eine Lochmaske extrudiert. Die extrudierten Stränge kühlen sich ab
und erhärten. Diese werden in kleinere Stückchen zerkleinert, welche dann die
Form von kleinen Zylindern haben.
Durch eine Anoxidation kann das Binderpech anschließend in eine nicht mehr
schmelzbare Form umgewandelt werden.
Anschließend wird das Material unter Luftabschluß, vorzugsweise bei einer Tem
peratur von 800-900°C, geschwelt, um dann unter Beifügung eines oxydierenden
Gases, z. B. durch Zufügung eines Luftanteiles oder Wasserdampfes, bei ähnli
chen Temperaturen aktiviert zu werden. Man erhält somit ein Gemisch von klei
nen Zylinderchen aus Aktivkohle, deren Durchmesser von der Lochmaske des
Extruders abhängt. Üblich sind Durchmesser von 0,8-9 mm. Analog zur Extrusion
von strangförmiger Aktivkohle wird bei Zeolithen das feinvermahlene adsorbie
rende Material mit einem mineralischen Binder zu einer formbaren Masse ver
mischt und ebenfalls zu Strängen extrudiert, hier entfällt allerdings das Schwelen
und Aktivieren.
Die wichtigste Eigenschaft eines Adsorbens ist seine Eigenschaft, Substanzen zu
binden. Diese wird oft durch seine statische Adsorptionskapazität beschrieben.
Hierbei wird die adsorbierte Menge eines bestimmen Stoffes bei einer bestimmten
Temperatur und einem bestimmten Partialdrucks im Gleichgewichtszustand ge
messen. Dieser Gleichgewichtszustand kann evtl. erst nach Stunden oder Tagen
eintreten und wird auch erst dann gemessen. Üblicherweise wird ein Filter aber
von einem Medium (Gas oder Flüssigkeit) durchströmt, in dem die zu adsorbie
rende Substanz enthalten ist.
In diesem Fall ist von wesentlichem Interesse, wie lange der Filter ausreichend
filtert. Dieser Endpunkt wird durch die Überschreitung eines festgelegten Grenz
wertes der zu adsorbierenden Substanz an der Ausströmseite des Filters be
stimmt. Er kann sowohl als Zeit bis zum Erreichen des Grenzwertes als auch als
Adsorptionskapazität bis zu diesem Punkt angegeben werden. In letzerem Fall
spricht man auch von der dynamischen Adsorptionskapazität.
Während die statische Adsorbtionskapazität fast ausschließlich von den Adsorp
tionseigenschaften des Adsorbensmaterials, der Temperatur und der Art und
Konzentration der zu adsorbierenden Substanz abhängt, spielen bei der dynami
schen Adsorptionskapazität weitere Faktoren eine wesentliche Rolle, wie z. B.
Durchströmungsgeschwindigkeit, Design und Aufbau des Filters, Art und Homo
genität der Schüttung und in besonderem Maße die Form der Adsorbensteilchen.
In diesem Zusammenhang ist auch die Massen-Übergangs-Zone von Bedeutung.
Sie gibt an, in welchem Bereich des Filters während des dynamischen Prozesses
eine Adsorption stattfindet. In ihr liegt die Konzentration der zu adsorbierenden
Substanz unter der Eingangskonzentration und über einem festzulegendem
Grenzwert (zur Berechnung wird meistens der Bereich 5%-95% genommen). Je
kürzer die MÜZ ist, desto besser reinigt der Filter. Sofern nicht eine höhere Aus
flußkonzentration als die des niedrigeren Wert der MÜZ toleriert werden kann,
muß das Filterbett immer länger als die MÜZ sein. Die MÜZ und die dynamische
Adsorptionskapazität hängen beide im hohen Maße von der Adsorptionsge
schwindigkeit ab.
Die Adsorbensteilchen werden meist lose in geeignete Behälter, welche durch
strömbare Seiten aufweisen, geschüttet, durch die dann die zu reinigende Sub
stanz strömt.
Naturgemäß findet der erste Kontakt der zu adsorbierenden Substanz an der äu
ßeren Oberfläche des Adsorbensteilchens statt, so daß dort auch die erste Bin
dung statt findet.
Anschließend wandern die Moleküle auf Grund des Beladungsgradienten zu den
weniger beladenen Bereichen im inneren des Adsorbensteilchens. Die Migration
findet meist in den größeren Poren sowie in Rissen u.ä. statt. Diese Migration ist
aber immer wesentlich langsamer als die eigentliche Adsorption und stellt für die
Adsorptionsgeschwindigkeit einen limitierenden Faktor dar. Dies führt dazu, daß
in einem dynamischen Prozeß, wie er meistens bei der Filterung eines Mediums,
z. B. bei einem Luftfilter, vorherrscht, die äußeren Randbereiche an der Oberflä
che der Adsorbensteilchen schon beladen sind, während im Inneren des Adsor
bensteilchens noch freie Kapazität vorhanden ist. Dadurch verschlechtert sich die
Wirkung des Filters und die MÜZ wird länger.
Denn obwohl die statische Adsorptionsskapazität noch nicht ausgeschöpft ist,
kann schon ein Durchbruch nicht ausreichend gereinigtem Durchströmmediums
stattfinden.
Um diesen nachteiligen Effekt zu minimieren, müssen die Adsorbensteilchen eine
möglichst große äußere Oberfläche haben und einen möglichst kleinen Weg zwi
schen der äußeren Oberfläche und den inneren Bereichen aufweisen.
Die optimalen Adsorbensteilchen hätten deshalb einen möglichst kleinen Durch
messer. Der Nachteil ist, daß sich der Strömungwiederstand des Filterbettes mit
zunehmend kleinem Durchmesser der Teilchen überproportional erhöht.
Dies führt dazu, daß man aus technischen und wirtschaftlichen Gründen, größere,
aber weniger effektive Adsorbensteilchen, aufwendige Vorkehrungen wie Filter
betten in Zig-Zack- oder Patronenform verwendet oder stärkere Ventilatoren und
Pumpen eingesetzten muß.
Ein weiteres Problem bei der üblichen Zylinder- oder Strangform besteht darin,
daß sich manchmal bei der Schüttung die Teilchen längs an längs parallel in
dichterer Packung anlegen. An diesen Stellen ist zum Einen der Luftwiderstand
erhöht und die Zugänglichkeit der Oberfläche ist erschwert. Dies führt zu einer
schlechteren Adsorption und eventuell zu einem schlechten Wärmeabtransport an
dieser Stelle.
Die erfinderische Lösung erreicht durch eine besondere Formgebung des Adsor
bensteilchens, daß zugleich die Adsorptionsgeschwindigkeit nachhaltig verbes
sert wird und/oder der Durchströmungswiderstand vermindert werden kann; bei
einer Sonderform können die Adsorbensteilchen ohne größere Verminderung der
Adsorptionsleistung zu festen Filterkörpern verklebt werden. Die besondere
Formgebung hat auch dann Vorteile, wenn die geformten Adsorbensteilchen
chemisch imprägniert oder als Träger von reaktiven Substanzen oder als Träger
von Katalysatoren verwendet werden. Sie läßt sich für alle Substanzen anwen
den, die geformt werden können, wie z. B. durch Extrusion durch eine Extrusions
maske oder durch mechanisches Bearbeiten des Stranges nach der Extrusion. Es
ist unwesentlich, ob das Rohmaterial schon bei der Formgebung adsorbierende
Eigenschaften hat oder ob diese erst nach einem weiteren Verfahrensschritt nach
der Formgebung erreicht werden. Es können somit alle Materialien mit adsorbie
renden Eigenschaften verwendet werden, sofern sie formbar sind.
3.1 Durch eine oder mehrere Einbuchtungen im geformten Körper des Adsorbens
teilchens wird erstens die äußere Oberfläche vergrößert und zweitens die Distanz
zwischen Oberfläche und dem inneren Bereich verkleinert, dies führt zu einer
schnelleren Adsorptionsgeschwindigkeit. Die Einbuchtungen kann z. B. mittels
einer entsprechenden Extrusionsmaske erreicht werden, man erhält dann Ein
buchtungen, die in Längsrichtung laufen. Hierbei ist allerdings zu beachten, das
beim Extrudieren Scherkräfte entstehen, die zu Entmischungen führen können.
Aus diesem Grund müssen meist höhere Anteile von Binder und evtl. dem Fach
mann bekannte Schmier- und Gleitmittel zugefügt werden und nicht jede Einbuch
tung läßt sich extrudieren (siehe Abb. 1).
Durch eine nachträgliche mechanische Bearbeitung des Stranges im noch form
baren Zustand kurz nach der Extrusion können Einbuchtungen auch in quer zur
Extrusionsrichtung angebracht werden (siehe Abb. 2).
3.2 Eine oder mehrere Ausbuchtungen in Längs- oder Querrichtung des Stranges
erhöhen die äußere Oberfläche, sie können aber zusätzlich die Funktion eines
Abstandhalters erfüllen und damit eine gleichmäßige Umspülung der einzelnen
Adsorbensteilchen im Filterbett gewährleisten. Dies erhöht die Adsorptionsge
schwindigkeit und kann zusätzlich der Entstehung von sogenannten Hotspots
entgegenwirken, da die Adsorptionswärme besser abgeführt werden kann (siehe
Abb. 3).
Durch die Funktion als Abstandhalter kann zudem der Durchströmungswiderstand
wesentlich vermindert werden.
Auf den äußeren Bereich der Ausbuchtungen kann ein geeigneter Kleber aufge
bracht werden, dann lassen sich die einzelnen Teilchen ohne größere Einbußen
der Adsorptionseigenschaften zu festen tragfähigen Gebilden verbinden.
Ausbuchtungen können durch eine geeignete Extrusionsmaske oder nachträgli
cher mechanischer Bearbeitung des noch formbaren Stranges verwirklicht wer
den.
3.3 Natürlich lassen sich auch Kombinationen aus Ein- und Ausbuchtungen be
werkstelligen, so lassen sich für die einzelnen Anforderung gezielt optimierte
Formen entwickeln (siehe Abb. 4). Bei einer nachträglichen mechanischen Bear
beitung des noch formbaren Stranges, wie z. B. durch Quetschen, Pressen, Ras
peln, verbiegen u.ä. wird man meist Mischformen aus Ein- und Ausbuchtungen
erhalten (siehe Abb. 5).
3.4 Aber auch andere nicht kreisförmige Querschnitte, wie Vielecke, Ellipsen u.ä.
haben ein günstigeres Oberflächen/Volumen-Verhältnis. Sie führen aber meist
zu einer zu dichten Packung und unverhältnishohen Durchströmungswiderstän
den.
3.5 Extrudiert man den Adsorbensstrang durch einen in Längsrichtung um eine
gedachte Achse verdrehten Extrusionskanal, so erhält man einen spiral- oder kor
kenzieherartig verdrehten Strang. Voraussetzung ist, daß der Extrusionskanal
lang genug ist. Wesentliche Parameter sind die Form des Querschnittes, die Lage
der gedachten Achse (sie kann innerhalb oder außerhalb des Querschnitts des
Extrusionskanals sein) und die Ganghöhe, das heißt, die Länge, nach der eine
volle Umdrehung des Querschnittes stattgefunden hat. Es ist eine große Zahl von
Varianten vorstellbar, hier sollen nur einige zur Anschauung beschrieben werden.
- a) Der Querschnitt des Stranges ist eine Kreisform mit einer zusätzlichen Aus buchtung und die gedachte Achse befindet sich in der Mitte des Kreises: Man erhält als Strang einen Zylinder mit einer umlaufenden spiralförmigen Ausbuch tung (wie eine Schraube). Die Ganghöhe bezeichnet den Abstand in Längsrich tung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausbuchtungen (siehe Abb. 6).
- b) Der Querschnitt des Stranges ist eine Kreisform mit einer Einbuchtung und die gedachte Achse befindet sich in der Mitte des Kreises: man erhält als Strang ei nen Zylinder mit einer umlaufenden spiralförmigen Einbuchtung. Die Ganghöhe bezeichnet den Abstand in Längsrichtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einbuchtungen (siehe Abb. 7).
- c) Der Strang hat einen nichtrunden Querschnitt, ist aber punktsymmetrisch. Dies kann z. B. ein Rechteck oder auch eine Ellipse sein. Ein Rechteck, das um eine gedachte Achse um seinen Mittelpunkt verdreht worden ist, kennen die meisten Leute aus der Anschauung, die solchermaßen verdrehte italienische Nudeln ge gessen haben.
- d) Ein kreisförmiger Querschnitt wird um eine gedachte Achse verdreht, die zwi schen Mittelpunkt und Rand des Querschnitts liegt. Man erhält einen Strang, der verdreht ist, in dem aber die gedachte Achse noch im festen Strangkörper ver läuft. Diese Form wurde oft für Säulen im Barock verwendet, hier seien beispiel haft die salomonischen Säulen im Petersdom zu Rom erwähnt (siehe Abb. 8).
- e) Der Querschnitt ist kreisförmig, die gedachte Achse liegt aber außerhalb des Querschnittes, es bildet sich ein spiralförmiger Strang. Innerhalb der Spirale ist ein Hohlraum.
Natürlich kann man die verschiedensten Kombinationen herstellen, wie z. B. ver
drehte Formkörper mit Einbuchtungen oder Ausbuchtungen, mit unsymmetrischem
Querschnitt, unterschiedlichen Ganghöhen, Verdrehrichtungen usw., wobei man
durch das Design der geformten Körper bestimmte Eigenschaften wie z. B. die
Packungsdichte, das Schüttgewicht, den Durchströmungswiederstand und die
Adsorptionsgeschwindigkeit gezielt beeinflussen und optimieren kann.
Ein besonderer Vorteil der verdrehten Formkörper liegt weiter darin, daß sie sich
bei einer bestimmter Ausformung miteinander verkleben lassen, ohne das ihre
Adsorptionseigenschaften stark vermindert werden.
Bekanntlich treten bei Filtern mit einer losen Schüttung von Adsorbensformkör
pern mehrere Schwierigkeiten auf: Die Behälterkonstruktion muß eine tragende
und stützende Funktion erfüllen, bei Vibrationen und Erschütterungen tritt Abrieb
auf, es können sich Hohlräume bilden, durch die das Medium ungefiltert strömen
kann, das Material kann zusammensacken, dadurch entstehen Hohlräume und
ein unterschiedlicher Durchströmungswiderstand an verschiedenen Stellen des
Filters, was wiederum seine Leistung vermindert und viele mehr. Das Problem der
unterschiedlichen Schüttdichte trifft hauptsächlich bei waagerechter Durchströ
mung zu, so daß viele Schüttfilter nur in einer bestimmten Lage verwendet wer
den können. Der Nachteile sind viele. Hier sei als Beispiel der Einsatz von Aktiv
kohlefiltern zur Zurückhaltung von Benzindämpfen, wie sie beim Betanken und
der sogenannten Tankatmung in Automobilen entstehen, erwähnt. Die oben ge
nannten Zwänge zu einer bestimmten, z. B. senkrechten, Durchströmung des Ak
tivkohlefilterbetts erschwert ganz wesentlich die Einbauplanung, das Design und
die Anwendung.
Eine Fixierung der einzelnen Adsorbensteilchen zu einem festen Verbund kann
die oben beschriebenen Nachteile vermeiden.
Ungünstigerweise führt aber eine Verklebung der einzelnen Teilchen bei den
klassischen Strangkörpern zu einer Blockierung der adsorbierenden Oberfläche
und der Poren durch den Kleber, da ein großer Teil der Oberfläche mit dem Kle
ber benetzt wird.
Durch eine spezielle Formgebung läßt sich dieser nachteilige Effekt minimieren.
Insbesonders die verdrehten Adsorbensteilchen lassen sich so entwerfen, das sie
z. B. einen spiralförmig umlaufenden Außengrat von mindestens 0.3 mm Höhe
haben, oder daß bei rundem Querschnitt die "Spiralwellenbewegung", gemeint ist
die seitliche Versetzung des Stranges sehr ausgeprägt ist (z. B. die gedachte
Achse befindet sich mehr als 0,3 mm vom Mittelpunkt des Querschnittes entfernt).
Eine gut geeignete Form für diesen Zweck ist auch eine um den Mittelpunkt ver
drehte Ellipse, die mindestens 0.6 mm länger als breit ist. Werden solche Adsor
bensteilchen über ein niedrigeres Kleberbett geführt oder gerollt, kommen die
tieferen Bereiche der Oberfläche des Adsorbensteilchen nicht mit dem Kleber in
Kontakt, und folglich bleiben auch die Poren an diesen Stellen frei. Es bildet sich
je nach Form der Teilchen und Kleberauftragsmethode ein schmales spiralförmig
umlaufendes Kleberband um das Formteilchen. Dennoch reicht die Klebermenge
um die einzelnen Adsorbensteilchen fest zu verbinden, da der Kleber genau an
den Beruhrungspunkten der einzelnen Teilchen in einer Schuttung vorhanden ist.
Es können verschiedene Kleber verwendet werden. Die Verwendung von
Schmelzklebern ermöglicht eine besonders einfache und elegante Weiterverar
beitung. Nachdem die geformten Teilchen wie oben beschrieben mit einen
Schmelzkleber benetzt worden sind, lassen sie sich erst einmal im kühlen Zu
stand lagern und transportieren. Sie können anschließend in beliebige Formen
gefüllt und dann erwärmt werden, so daß der Schmelzkleber schmilzt. Nach Ab
kühlung kann dann der geformte feste Verbund entnommen werden. Unabhängig
von der Kleberart und Art der Weiterverarbeitung lassen sich feste, tragfähige
Filterkörper aus einer Vielzahl kleiner Adsorbensteilchen in den verschiedensten
Formen herstellen. Da in diesen Filterkörpern die einzelnen Adsorbensteilchen
fest verbunden sind, sind sie unempfindlicher gegen Vibrationen und Erschütte
rungen und es tritt weniger Abrieb auf. Es ist dann auch einfach, komplexe Filter
körper mit Schichten unterschiedlicher Eigenschaften, z. B. unterschiedlicher Im
prägnierungen, aufzubauen.
3.6 Durch die Mischung verschiedener Adsorbensteilchenformen, wie sie oben
beschrieben wurden, lassen sich synergistische Effekte erzielen. Dies gilt insbe
sonders für die verdrehten Teilchen; durch Mischung von Teilchen mit z. B. unter
schiedlichen Ganghöhe oder Richtung der Verdrehung läßt sich ein Ineinander
verkeilen stark vermindern.
Grundsätzlich zeigte es sich, daß sich durch die Formung von Adsorbensteilchen
in den oben beschriebenen Sonderformen, im Vergleich zur klassischen Strang
form mit kreisförmigen Querschnitt, zum Teil überraschend deutliche Verbesse
rungen der Adsorptionskinetik und des Durchströmungswiderstandes erzielen
ließen.
Die Möglichkeit, einzelne Adsorbensteilchen mit wenig Aufwand und nur gering
fügiger Beeinträchtigung der Adsorptionseigenschaften zu festen, tragfähigen
Agglomeraten verbinden zu können, ergibt eine ganze Reihe technisch und wirt
schaftlich ausgesprochen interessanter Einsatzmöglichkeiten.
Zu Vergleichszwecken wurden Formkörper mit der üblichen Form hergestellt. Aus
einem Gemisch von feingemahlener Kohle mit 30% Binderpech und dem Zusatz
eines Gleitmittels auf Polyamidbasis (0.5% Platamid) wurde ein Strang mit einem
runden Querschnitt von 3 mm ⌀ extrudiert.
Der Strang wurde anschließend in kleine Stückchen von max. 8 mm Länge zer
kleinert und danach in inerter Atmosphäre bei 850°C geschwelt und bei gleicher
Temperatur durch Zugabe von Wasserdampf aktiviert.
Mit den gleichen Materialien wie in Beispiel 1 wurde ein Strang mit folgendem
Querschnitt extrudiert: Grundform Kreis mit 3 mm ⌀, darin eine Einbuchtung von
1 mm Tiefe. Der Strang wurde anschließend wie in Beispiel 1 in kleine Stückchen
von max. 8 mm Länge gebrochen, geschwelt und aktiviert.
Mit den gleichen Materialien wie in Beispiel 1 wurde ein Strang mit folgendem
Querschnitt extrudiert: Grundform Kreis mit 3 mm Durchmesser, darauf eine Aus
buchtung in Längsrichtung von 1 mm. Der Strang wurde anschließend in kleine
Stückchen gebrochen, und wie in Beispiel 1 geschwelt und aktiviert.
Mit den gleichen Materialien wie in Beispiel 1 wurde ein Strang mit folgendem
Querschnitt extrudiert: Grundform Kreis mit 3 mm Durchmesser, an zwei gegen
überliegenden Seiten jeweils eine Ausbuchtung von 0.8 mm Höhe. Der Extrusi
onsgang war um den Mittelpunkt mit einer Ganghöhe von 4 mm verdreht. Man
erhielt zylinderförmige Stränge, um die im Abstand von 2 mm jeweils eine Aus
buchtung spiralförmig herumlief. Diese Stränge wurden in kleine Stückchen von
max. 8 mm zerkleinert und anschließend wie in Beispiel 1 geschwelt und akti
viert. (siehe Abb. 9)
Es wurden die Formkörper aus Beispiel 4 verwendet.
In einem neuen Arbeitsgang wurden die Adsorbensteilchen auf 150°C aufgeheizt
und über eine spezielle Walze gerieselt (siehe Abb. 11). Diese hatte einen
Durchmesser von 50 cm und quer zur Drehrichtung feine eingefräste Rillen mit
0,75 mm Breite. In einem ersten Schritt waren die Rillen mit einem gemahlenen
Schmelzklebers gefüllt worden, dessen Schmelzpunkt bei 135° lag, gefüllt.
Beim Rieseln über die sich drehende Walze rollten die Stückchen über die Rillen
und nur an der Spitze der Ausbuchtung blieb ein Kranz von Schmelzkleber haften
(siehe Abb. 10). Nach einer viertel Umdrehung der Walze fielen die Stückchen
auf ein schräges Sieb, rollten herunter und wurden zugleich abgekühlt.
Diese Teilchen wurden danach in eine Form gefüllt, auf 150° erhitzt und wieder
abgekühlt. Der Gesamtkörper konnte anschließend aus der Form genommen
werden. In ihm waren die einzelnen Adsorbensteilchen zu einem festen, tragfähi
gem Agglomerat verbunden.
Es wurden die Formkörper aus Beispiel 4 verwendet. In einem weiteren Arbeits
gang wurden diese Formteilchen über eine drehende Pflatschwalze (siehe Abb.
12) gerieselt, auf der durch die Drehung und anschließendem Abrakeln ein dün
ner Film einer Schmelzkleberdispersion gebildet wurde. Es zeigte sich, daß die
Aktivkohle die Dispersion aufnahm und die Schelzkleberpartikelchen am äußeren
Rand der Ausbuchtungen haften blieben. Anschließend wurden die Teilchen
durch ein Abstreifblech von der Walze getrennt, dies verhinderte auch, daß die
Teilchen in das Kleberbad fallen konnten.
Die mit einem schmalen, spiralförmig umlaufenden Schmelzkleberband versehe
nen Formteilchen wurden getrocknet und anschließend in einer Form auf 150°C
erwärmt und konnten nach Abkühlung als festes, tragfähiges, verbundenes Ag
glomerat entnommen werden.
Es wurde das Verhalten der Zylinderchen des Beispiels 1 mit dem der erfindergemäßen
Formkörper des Beispiels 4 in einer Schüttung untersucht und vergli
chen.
Als Behälter wurde ein Glasrohr (innerer Durchmesser 60 mm) mit einem Sieb
boden gewählt, in den jeweils 100 g der zu untersuchenden Formkörper eingefüllt
wurden.
Das Glasrohr wurde von unten bei ca. 23°C durch Luft mit 30% relativer Feuch
te, welche 76 ppm Butan enthielt, mit einer Geschwindigkeit von 60 cm/s durch
strömt. Oberhalb des Filters der Filterschicht wurde durch eine Sonde alle 10 Se
kunden eine Probe entnommen und der Butangehalt bestimmt (GC). An der
Durchbruchkurve wurde die "statische" Butankapazität (Durchbruch von 76 ppm
Butan) und die Dynamische Butankapazität (Durchbruch von 3.8 ppm Butan, dies
entspricht 5% der Ausgangskonzentration,) ermittelt.
Die Zylinder des Beispiels 1 hatten ein Schüttgewicht von 0,41 g/cm³ die Form
körper des Beispiels 4 ein solches von 32 g/cm³, was bedeutet, das etwa 20%
mehr freier Raum vorhanden war.
Die Betthöhe war 8,6 cm (Zylinder Beispiel 1) und 11 cm (Formkörper Bsp. 4).
Die "statische" Butankapazität betrug in beiden Fällen (50 mg ± 10%)/g.
Die dynamische Kapazität betrug für die Zylinderchen aus Bsp. 1
(26 mg±10%)/g, für die Formteilchen aus Bsp. 4 (34 mg ± 10%)/g.
Der Druckverlust im Bett betrug im ersten Fall 260 Pa, im zweiten hingegen nur
170 Pa.
Claims (25)
1. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine spezielle und optimierte Formgebung das Verhältnis von äuße
rer Oberfläche zum Volumen erhöht wird und/oder ein günstigerer Abstand
zwischen den einzelnen Körpern in einer Schüttung erreicht wird und/oder
durch die spezielle Formgebung beim Auftrag eines Klebers, zwecks Verbin
dung der einzelnen Formkörper miteinander, der Kleber die Oberfläche der
Formkörper nur zu einem geringen Teil bedeckt und deshalb ihre adsorbieren
den Eigenschaften nur geringfügig beeinträchtigt werden.
2. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1, mit ei
nem Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise 0.8-9 mm, dadurch gekenn
zeichnet, daß er eine oder mehrere Ausbuchtungen in Längsrichtung verlau
fend aufweist.
3. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1, mit ei
nem Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise von 0,8-9 mm, dadurch ge
kennzeichnet, daß er eine oder mehrere Einbuchtungen in Längsrichtung ver
laufend aufweist.
4. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1, mit ei
nem Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise 0.8-9 mm, dadurch gekenn
zeichnet, daß er sowohl eine oder mehrere Einbuchtungen als auch eine oder
mehrere Ausbuchtungen in Längsrichtung verlaufend aufweist.
5. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1, mit ei
nem Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise 0.8-9 mm, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Spezielle Formgebung bereits im Extruderkopf zustande
kommt.
6. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1, mit ei
nem Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise 0.8-9 mm, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Strang nach der Extrusion durch mechanische Bearbeitung
Einbuchtungen und/oder Ausbuchtungen, z. B. durch Quetschen, Pressen,
Raspeln, Löchern usw., zugefügt werden.
7. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1, mit ei
nem Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise 0.8-9 mm, dadurch gekenn
zeichnet, daß die besondere Formgebung nach der Extrusion durch mechani
sche Bearbeitung eines noch warmen bzw. weichen, aus dem Extruder austre
tendem Stranges erreicht wird.
8. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1 mit ei
nem bevorzugten Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise 0.8-9 mm, da
durch gekennzeichnet, daß der Querschnitt ein Drei- bis Vieleck ist, wobei die
Ecken abgerundet sein können.
9. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 1 mit ei
nem bevorzugten Durchmesser von 0.5-10 mm, vorzugsweise 0.8-9 mm, da
durch gekennzeichnet, daß sein Querschnitt an mindestens einer Stelle mehr
als 20% von einer Kreisform abweicht.
10. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche beschrieben oder mit kreisförmigen Quer
schnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang um eine gedachte Achse, die
in Längsrichtung innerhalb oder außerhalb des Strangkörpers verläuft, spiral- oder
korkenzieherartig verdreht ist.
11. Gemische aus verschiedenen Körpern, nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche bzw. einer der Formen mit unterschiedlichen Merk
malsausprägungen, wie z. B. unterschiedliche Ganghöhe der Verdrehung oder
unterschiedliche Verdrehrichtung.
12. Geformte Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form
körper auf Grund ihrer besonderer Form, (Ausbuchtungen, gratförmige Aus
buchtungen, tiefe Einbuchtungen, bevorzugt mit einer spiralförmigen Verdre
hung kombiniert oder bei runden Querschnitt durch eine Verdrehung um eine
gedachte Achse, die mindestens 0,3 mm vom Mittelpunkt des Querschnittes
liegt oder durch Verdrehung eines Stranges mit nichtrunden Querschnitts), nur
teilweise, vorzugsweise mit weniger als 25% ihrer Oberfläche, mit einer Haft
masse (z. B. ein vernetzender Kleber, ein Schmelzkleber oder ein mineralischer
Binder) beaufschlagt und anschließend zu festen Agglomeraten verbunden
werden können.
13. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß ein feingemahlener Schmelzkleber mit Hilfe einer
gerillten Walze auf die Ausbuchtungen der vorgewärmten Adsorbensteilchen
appliziert wird.
14. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Pflatschwalze eine Schmelzkleber
dispersion auf die Adsorbensteilchen aufgebracht wird.
15. Geformter Körper mit adsorbierenden Eigenschaften nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß ein feingemahlener Schmelzkleber auf die vorge
wärmten Adsorbensteilchen in einer Vibrationsrinne aufgebracht wird.
16. Fester Filterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß geformte Adsorbensteilchen
nach Anspruch 12-15 verwendet werden und zu einem festen zusammenhän
genden Agglomerat verbunden werden.
17. Fester Filterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß geformte Adsorbensteilchen
nach Anspruch 12-15 verwendet werden und zu einem festen zusammenhän
genden Agglomerat verbunden werden, welches eine tragende Funktion erfüllt.
18. Fester Filterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm Schichten mit Adsor
bensteilchen nach Anspruch 12-15 mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften
verbunden werden (z. B. Schichten aus Adsorbensteilchen mit unterschiedli
chen Formen oder Imprägnierungen).
19. Geformte Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, dadurch gekennzeichnet,
daß sie im wesentlichem aus Aktivkohle bestehen.
20. Geformte Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß
sie aus Molekularsieben bestehen.
21. Geformte Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß
sie aus Aluminiumoxid hergestellt sind.
22. Geformte Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß
sie aus Tonerde hergestellt sind.
23. Geformte Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß
sie aus Polymeren mit adsorbierenden Eigenschaften hergestellt sind.
24. Geformte Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, nach einem oder mehre
ren der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, dadurch gekennzeichnet,
daß sie chemisch imprägniert werden (Chemiesorption).
25. Geformte Körper nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie als Träger für Katalysatoren verwendet wer
den.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19519616A DE19519616A1 (de) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | Spezielle Form von Körpern mit adsorbierenden Eigenschaften und ihre mögliche Verbindung zu festen Gebilden |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19519616A DE19519616A1 (de) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | Spezielle Form von Körpern mit adsorbierenden Eigenschaften und ihre mögliche Verbindung zu festen Gebilden |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19519616A1 true DE19519616A1 (de) | 1996-12-05 |
Family
ID=7763109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19519616A Withdrawn DE19519616A1 (de) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | Spezielle Form von Körpern mit adsorbierenden Eigenschaften und ihre mögliche Verbindung zu festen Gebilden |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19519616A1 (de) |
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1995
- 1995-05-29 DE DE19519616A patent/DE19519616A1/de not_active Withdrawn
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