DE19548281B4

DE19548281B4 - Adsorptionsfilter

Info

Publication number: DE19548281B4
Application number: DE1995148281
Authority: DE
Inventors: Ernest De Dr. Ruiter; Jonas TÖRNBLOM
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE19548281A1

Abstract

Adsorptionsfilter, wobei zwischen elektrisch aufheizbaren Lagen Adsorbenzien eingelagert sind, die durch die elektrisch aufheizbaren Lagen erhitzt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbenzien über einen Hilfskleber fixiert sind, wobei der Hilfskleber beim Erhitzen der aufheizbaren Lagen vernichtet wird.

Description

Adsorptionsfilter spielen eine immer größere Rolle, sei es, um die Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens durch Rückgewinnung wertvoller Stoffe zu verbessern, sei es, um die Umwelt zu schützen. Adsorptionsfilter haben im Gegensatz zu Katalysatoren, die ungewünschte Substanzen zerstören, nur eine begrenzte Kapazität, man muss deshalb die adsorbierten Stoffe in regelmäßigen Abständen desorbieren. Die Resorption, die ein endothermer Vorgang ist, muss wegen des Gleichgewichts zwischen Adsorption und Resorption bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Das allein bedingt eine gute Temperaturbeständigkeit des Filters.
Die Desorption kann in vielen Fällen mit Wasserdampf durchgeführt werden, wobei die Kondensationswärme die nötige Energie für die Resorption liefert, die durch das Wasser (Verdrängung) noch unterstützt wird. Nachteile sind die anschließend durchzuführende Trocknung des Adsorbens sowie die nie vollständige Abtrennung des Desorbats vom Kondensat. Aus diesen Gründen führt man immer öfter die Desorption mit heißen Gasen, z. B. Stickstoff, durch und kondensiert das Desorbat bei niedriger Temperatur. Wegen der verhältnismäßig geringen Wärmekapazität des heißen Gases bedarf es einer relativ großen Gasmenge, was wiederum zu einer unerwünschten Verdünnung des Desorbats und unwirtschaftlichen Rückgewinnung führt.
Es wurde versucht, diese Nachteile zu umgehen, indem das Adsorbens auf einem aufheizbaren Träger fixiert wurde ( DE 42 25 272 A1 ). Das Aufheizen des Trägers geschieht in einer bevorzugten Weise durch den elektrischen Strom. Das Fixieren der Adsorberteilchen geschieht mit Hilfe einer Haftmasse, die allerdings den Wärmeübergang vom Träger auf das Adsorbens erschwert und sehr wärmebeständig sein muss.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wege zu finden, aufheizbare Adsorptionsfilter zu schaffen, die keine Haftmasse bzw. nur einen Hilfskleber benötigen und einen Wärmeübergang vom Träger auf das Adsorbens gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Ausführung besteht darin, dass ein sehr luftdurchlässiger, biegsamer Träger, beispielsweise Lochblech, Gitter usw., aus einem elektrischen Leiter zusammen mit einem Flächengebilde aus Aktivkohle in eine Dicke von 0,1–10 mm zu einem senkrecht zur Wand durchströmten Zylinder aufgewickelt wird. Nach Beendigung der Adsorptionsphase wird der Träger durch elektrischen Strom aufgeheizt, während das Desorbat von einem Gasstrom bevorzugt im Gegenstrom abgeführt wird. Dabei ist darauf zu achten, die Gasmenge so zu steuern, dass man sich stets in Nähe der Sattigung befindet. Es sei darauf hingewiesen, dass Aktivkohle selbst eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt, die sowohl vom Ausgangsmaterial als auch vom Herstellungsverfahren abhängt. Die Leitfähigkeit des aufheizbaren Trägers ist immer wesentlich höher. Die elektrischen Anschlüsse sind so anzubringen, dass der gesamte Träger gleichmäßig durchströmt wird. Die Adsorbenzien werden dabei mit einem Hilfskleber während des Aufwickelns festgehalten, wobei der Kleber beim Erhitzen des Trägers zerstört wird, da nach Herstellung der Wicklung die Teilchen durch die Blechlagen ausreichend festgehalten werden.
In einer anderen Ausführung besteht der aufheizbare Träger aus einem luftundurchlässigen, geschmeidigen und leitfähigen, Dünn-Blech oder -Folie, welches mit dazwischen eingelagerten Adsorbenzien zu einer Scheibe aufgewickelt wird, wobei senkrecht zur Scheibe durchströmt wird. Durch rillenförmige oder näpfchenförmige Vertiefungen im Träger lassen sich auch körnige Adsorbenzien während des Aufwickelns ausreichend festhalten. Die Adsorbenzien spielen dabei auch die Rolle eines Abstandshalters. Form und Größe der Adsorbenzien-Körner, zwischen denen die zu reinigenden Gase hindurch streichen, bestimmen zusammen mit der Strömungsgeschwindigkeit und der Dicke der Filterschicht den Druckverlust.
Schließlich lassen sich auch Filterblöcke oder Platten herstellen, die sowohl senkrecht als auch parallel zu den Lagen durchströmt werden können.
Als körnige Adsorbenzien kommen in Frage: Kornkohle mit Teilchengrößen von 0,1–3 mm, Kugelkohle jeglicher Herkunft, körnige, anorganische Adsorbenzien, beispielsweise Molekularsiebe, insbesondere hydrophobe Molekularsiebe, "poröse Polymere", wie sie beispielsweise unter dem Namen Sorbathene angeboten werden. Die Adsorbenzien können selbstverständlich diverse Imprägnierungen, insbesondere solche mit katalytischen Eigenschaften, aufweisen. Imprägnierungen, die eine Chemiesorption bewirken, sind nur dann sinnvoll, wenn es sich um eine durch Erhitzen regenerierbare Imprägnierung handelt.
Schließlich sei noch auf einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Filters hingewiesen: Da alle Komponenten extrem hitzebeständig sind, sind der Desorptionstemperatur keine Grenzen gesetzt, was insbesondere bei der Desorption von Hochsiedern nützlich ist.
Beispiel 1
Aus einem 500 mm breiten Kupferblechstreifen mit einer Dicke von 0,1 mm wurden 2 × 2 mm große Fenster gestanzt, wobei die Stege zwischen den Fenstern 1 mm breit waren. Diese Blechbahn wurde zusammen einem ca. 1 mm dicken und 500 mm breiten Aktivkohlevliesstreifen der Fa. Carbo- Gloth zu einem Zylinder mit 100 mm Innendurchmesser und 125 mm Außendurchmesser gerollt. So entstanden 10 Aktivkohlelagen, die durch 12 Kupfergitter-Lagen getrennt waren. Die Adsorbenzien werden dabei mit einem Hilfskleber während des Aufwickelns festgehalten, wobei der Kleber beim Erhitzen des Trägers zerstört wird, da nach Herstellung der Wicklung die Teilchen durch die Blechlagen ausreichend festgehalten werden. An den beiden Enden des Zylinders wurden die Kupfergitter leitend verbunden, so dass sie durch einen in Längsrichtung des Zylinders fließenden Strom aufgeheizt werden konnten, um das dazwischen liegende Aktivkohlevlies auf eine für die Desorption erforderliche Temperatur zu bringen. Es ließen sich innerhalb von 10 min ca. 280 DEG C erreichen.
Beispiel 2
Aus den gleichen Materialien, wie in Beispiel 1, wurden zwei 50 mm breite Streifen geschnitten und um einen Teflonkern mit 30 mm Durchmesser zu einer flachen Scheibe mit ca. 220 mm Durchmesser aufgewickelt Die Scheibe hatte 73 Lagen Aktivkohlevlies, die zwischen den Kupferlagen eingebettet waren. Es wurden an den Enden des Kupferbandes Elektroden angelötet, um den Filter aufheizen zu können. Das Aufheizen auf 240 DEG C dauerte 6 min.
Der Filter enthielt 125 g Aktivkohle und wurde mit 25 g Cyclohexan beladen. Sodann wurde auf 160 DEG C aufgeheizt und ein Stickstoffstrom von 0,3 Vs hindurchgeführt. Etwa 23 g Cyclohexan kondensierten bereits bei Zimmertemperatur in einem luftkühler in den ersten 5 min.
Beispiel 3
Aus den gleichen Materialien wie im Beispiel 1 wurde ein 300 × 200 × 50 mm großes Paket aufgebaut, welches 38 Aktivkohlevlieslagen und 39 Zwischenlagen bzw. Abdeckungen aus dem Kupferblechgitter des Beispiels 1 enthielt. An zwei gegenüberliegenden Seiten wurden die Bleche leitend verbunden und mit Anschlüssen versehen. Wie in den vorhergehenden Beispielen konnte die Adsorptionsschicht sehr schnell angeheizt und das Adsorbat in hochkonzentrierter Form wieder gewonnen werden.

Claims

Adsorptionsfilter, wobei zwischen elektrisch aufheizbaren Lagen Adsorbenzien eingelagert sind, die durch die elektrisch aufheizbaren Lagen erhitzt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbenzien über einen Hilfskleber fixiert sind, wobei der Hilfskleber beim Erhitzen der aufheizbaren Lagen vernichtet wird.
Adsorptionsfilter, wobei zwischen elektrisch aufheizbaren Lagen Adsorbenzien eingelagert sind, die durch die elektrisch aufheizbaren Lagen erhitzt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbenzien über Vertiefungen in den aufheizbaren Lagen fixiert werden.
Adsorptionsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen rillenförmig sind.
Adsorptionsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen näpfchenförmig sind.
Adsorptionsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens ein textiles Flächengebilde aus Aktivkohle ist.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die aufheizbaren Lagen Bleche aus leitendem Material sind.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufheizbaren Lagen durchlöchert sind.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufheizbaren und adsorbierenden Lagen zu einer Scheibe gewickelt sind, die senkrecht zur Fläche durchströmt wird.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufheizbaren und adsorbierenden Lagen einen Zylinder bilden, die senkrecht zur Zylinderwand durchströmt werden.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufheizbaren Lagen einen Block oder eine Platte bilden, die senkrecht zu den Lagen durchströmt werden.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufheizbaren Lagen einen Block oder eine Platte bilden, die parallel zu den Lagen durchströmt werden.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die adsorbierenden Lagen eine Dicke von 0,1–10 mm, vorzugsweise 0,5–3 mm, haben.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchlöcherten Bleche eine Dicke von 0,02–1 mm, vorzugsweise 0,05–0,2 mm, haben, bei einem Durchlaß von 10–95%, vorzugsweise 20–90%.
Adsorptionsfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter pro Liter Filterkörper 50–600 g, vorzugsweise 100–400 g Aktivkohle, enthält.