DE2317354C3 - Gasfiltermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasfiltermaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit derartigen Gasfiltermaterialien werden Feststoffpartikeln und Flüssigkeitströpfchen, insbesondere aus industriellen Trägergasen, abgeschieden. Die poröse, z. B. faserige, Struktur dieser Materialien ist so beschaffen, daß Staub- oder Flüssigkeitspartikeln, die in einem das Filtermaterial durchströmenden Gas enthalten sind, von den festen Teilen des Filtermaterials aufgrund von Trägheitskräften bei Strömungsumlenkungen oder von Diffusions-, Sieb-, Haft-, Anziehungs- und/oder elektrostatischen Kräften gehalten werden. Der Abscheidegrad solcher Gasfiltermaterialien kann jedoch durch elektrostatische Aufladung des porösen, z. B. faserigen. Materials nachteilig beeinflußt werden.

Derartige Aufladungen des Filtermaterials können sehr hoch und haltbar sein. Ihre Haltbarkeit ist bedingt durch hohen elektrischen Widerstand und geringe Feuchtigkeitsaufnahme des Filtermaterials sowie durch hohen spezifischen Widerstand des Staubes.

Aus dem Prospekt »needlona-antistatic«, Ed. 0471 ist ein Gasfiltermaterial der eingangs genannten Art bekannt, welches aus einem Nadelfilz und/oder Stützgewebe besteht, welches netzartig von feinsten Brunsmet-V2a-Metallfasem durchsetzt ist Die verschiedenen Nadelfilzqualitäten haben einen spezifischen Durchgangswiderstand nach DIN 53482 von 1,1 XlO³ Ohm χ cm,

1.0 xlO³ Ohm χ cm, 53 xl O² Ohm χ cm, 5,8 xl O² Ohm χ cm, 23 xl O² Ohm χ cm, 4,6XlO²OhInXCm,

1.1 χ 10* Ohm χ cm, 1,OxIO⁵OhInXCnI oder i 3 χ I ö⁵ Ohm χ cm.

Aus dem Prospekt »needlona Sonderprogramm«, Stand Apri! 1970, ist es bekannt, einen Filz oder ein Stützgewebe oder beide durch einen kleinen Anteil von feinsten Brunsmet-V2a-Metallfasem antistatisch zu machen. Das Filtermedium muß netzartig mit den Metallfasern durchsetzt sein, damit sich elektrische Felder an keiner Stelle aufbauen können. Der nicht näher definierte spezifische Widerstand beträgt bei Normalausführung 5XlO⁸ Ohm χ cm und bei dauerhaft antistatischer Ausführung 10³ Ohm χ cm.

Bei einem Filtergewebe aus natürlicher und/oder künstlicher Stapelfaser sowie Faservlies mit elektrisch gut leitenden Metalleinlagen besteben die Metalleinlagen nach einem durch die deutsche Auslegeschrift 1012 806 bekanntgewordenen Vorschlag aus kurzen, feinen Drahtstücken, die dem Fasermaterial bereits vor dem Verspinnen bzw. Verpressen beigemischt sind.

Wegen der unterschiedlichen Eigenschaften von Natur- oder Chemiefasern und Metallfasern oder Drahtstücken ist die Herstellung solcher Nadelfilze oder Filtergewebe, insbesondere mit der angestrebten gleichmäßigen Verteilung der Drahtstücke im Gewebe, schwierig. Dieses Filtergewebe ist außerdem wider Erwarten für die Beseitigung der schädlichen Aufladungseffekte nicht sonderlich geeignet und zudem wegen der eingelagerten Metallteile kostspielig. Die ungenügende Filterwirksamkeit ergibt sich daraus, daß der Filterwiderstand dieses bekannten Filtergewebe-.kontinuierlich mit der Beaufschlagungsdauer zunimmt, während der Reingasstaubgehalt lediglich nach relativ kurzer Zeit ein Minimum hat, dann aber stark ansteigt. Erwünscht ist aber ein Filtermaterial, welches auch über große Beaufschlagungszeiten einen relativ niedrigen und konstanten Filterwiderstand hat und zugleich einen niedrigen und konstanten Reingasstaubgehalt gewährleistet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gasfiltermaterial dieser Art zu schaffen, welches während einer langen Beaufschlagungsdauer einen hohen Abscheidegrad und niedrigen Filterwiderstand und insbesondere die für die Vermeidung von schädlichen Aufladungseffekten notwendige Leitfähigkeit hat

Diese Aufgabe wird bei dem Gasfiltermaterial der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Das Gasfiltermaterial nach der Erfindung hat hervorragende Filtereigenschaften. Aufgrund seines

guten Abscheidegrades und seines geringen Durchgangswiderstandes kann die Filterflächenbelastung wesentlich größer sein, weshalb der Platzbedarf für aus solchen Materialien bestehende Filter und der damit verbundene konstruktive Aufwand für die Filteranlage entsprechend geringer sind Gasfiltermaterialien nach der Erfindung eignen sich insbesondere für das Abfiltern von Feinstäuben mit geringem elektrischem Widerstand, die mit üblichen Filtern wegen der Aufladungseffekte große Probleme mit sich bringen, Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Gasfiltermaterial werden die störenden elektrostatischen Aufladungen ausgeschaltet obgleich sich die leitenden Teilchen untereinander nicht berühren. Offenbar dieser Umstand ist es, dsr die Wirksamkeit des Gasfiltermaterials nach is der Erfindung bedingt, die auch diejenige von Filtermaterialien aus reinen oder eingelagerten Metallfasern übertrifft Auf der Oberfläche des Gasflltermaterials gegebenenfalls entstehende Ladungen werden bei gutem Abscheidegrad hinreichend schnell abgeleitet oder verteilt. Aufgrund der Verwendung von feinen Teilchen in dem angegebenen Größenberetch und in der angegebenen Konzentration wird überraschenderweise gegenüber der Verwendung von Metalifasern bei einem Durchgangswiderstand, der in der gleichen Größenordnung von 10³ Ohm κ cm liegt, eine Verringerung des Oberflächenwiderstandes um zum Teil mehrere Zehnerpotenzen erreicht Das erfindungsgemäß ausgestaltete Filtermaterial hat dadurch im Gegensatz zu vorbekannten Lösungen eine wesentlich verbesserte, da gleichmäßig gute LcLfähigkeit in allen drei Dimensionen. Lokale Feldverdichtungfa sind vermieden. Dadurch erhält das Filtermaterial u- a. seine hervorragenden Eigenschaften, um auch als Niederschlagselektrode eines Elektrofilters eingesetzt werden zu können. Zugleich ist die wirksame Filteroberfläche durch die Anlagerung einer Vielzahl von im Vergleich zu den wirksamen Flächen des porösen Filtermaterials kleinen Teilchen auf der filternden Oberfläche und damit auch die mechanische Filterwirkung um ein Vielfaches erhöht

Mit der Einlagerung feiner Teilchen in dem angege- benen Größenbereich und in der angegebenen Konzentration ergibt sich somit nicht nur eine unerwartete Verbesserung der elektrischen Eigenschaften, sondern eine optimale Kombination herkömmlicher Entstaubung mit Elektrofiltration bei niedrigen, über lange Beaufschlagungsdauer gleichbleibendem Filterwiderstand.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Gasfiltermaterial kann aus einer oder mehreren angemessen dicken Lagen aus Fasern in verschiedenen, den Filtrationsbedingungen angepaßten Anordnungen, die mehr oder weniger stark verdichtet oder in ihrer Lage durch verschiedene Verfahren stabilisiert sind, zusammengesetzt oder aus Faserverbundstoffen, die mittels mechanischer Verfestigungsverfahren gebunden und stabilisiert sind, hergestellt sein. Aufgrund der guten Haftfähigkeit der feinen Teilchen auf der filternden Oberfläche des porösen Materials ist das erfindungsgemäß ausgebildete Gasfiltermaterial reinigungs- und regenerationsbeständig und großen und dauerhaften mechanischen Beanspruchungen beim Filtrationsbetrieb gewachsen. Wegen der günstigen Leitfähigkeit des Gasflltermaterials können mit ihm Feststoffe, Flüssigkeitstropfen und auch Gase, z. B. aus industriellen Trägergasen, unter Verwendung geeigneter und bekannter Apparaturen sowie auch durch verstärkte, regelbare elektrische oder elektrostatische Kräfte abgeschieden werden. Da mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Gasfiltermaterial insbesondere auch auf die abzufilternden Partikeln aufgesprühte Ladungen abgeleitet oder auf die gesamte Filteroberfläche verteilt werden, eignet es sich insbesondere als Niederschlagselektrode in einem Elektrofilter, in dem der Rohgasstrom in üblicher Weise durch ein Sprühelektrodenfeld, dann aber entgegen der sonst üblichen Betriebsweise von Elektrofiltem durch das Gasfiltermaterial hindurchgeführt wird. Damit ist .eine Kombination von Elektrofiltration und filternder Entstaubung durch Trägheits-, Diffusions- und Siebkräfte möglich. Der Platzbedarf eines solchen Elektrofilters ist im Vergleich zu bekannten FJektrofiltern geringer. Bei Feinstäuben mit hohen elektrischen Widerständen hat das erfindungsgemäß ausgebildete Gasfiltermaterial auch bei sehr hohen Temperaturen Vorteile gegenüber herkömmlichen Elelctrofiltern und filternden Entstaubern.

Versuche haben ergeben, daß die Filterflächenbelastbarkeit bei dem Gasfütermaterial nach der Erfindung etwa sechzehnmal höher als bei konventionellen Filtern Hegt An der Sprühelektrode liegt dabei vorzugsweise eine hohe negative Gleichspannung im Bereich von etwa 20 000 bis 60 000 Volt Das als Niederschlagselektrode ausgebildete Gasfütermaterial selbst ist geerdet Die mit Hilfe der Koronaentladung beladenen Staubteilchen wandern zu dem als Niederschlagselektrode ausgebildeten Filter und scheiden sich dort aufgrund elektrostatischer Kräfte ab. Da das Gasfiltermaterial von dem zu reinigenden Gas durchströmt wird, werden auch die mechanischen Filterprozesse (Sekundärfiltervorgang) im Filtermaterial wirksam. Durch Trägheitseffekte und Diffusionswirkung und die zuvor genannten elektrostatischen Kräfte bildet sich an der filternden Oberfläche eine primäre Staubschicht, die zusätzlich als Filterschicht wirkt

Es wurde gefunden, daß mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Filtermaterial noch Staubteilchen mit Korngrößen unterhalb von 0,05 μιη abgeschieden werden. Teilchen dieser Größe liegen schon im Bereich der Aktivkohlefiltration. Damit ist die Möglichkeit der Filtration von Feinstäuben und -rauchen (Metallrauche) und sogar die Filtration von Viren und Bakterien gegeben.

Aufgrund der guten Filtrationswirkung und des niedrigen Strömungswiderstandes des Filtermaterials über lange Beaufschlagungsdauer können hochwirksame und kompakte Filteranlagen gebaut werden. Der Abscheidegrad in Abhängigkeit von der Filterflächenbelastung, insbesondere des als Niederschlagselektrode eines Elektrofilters verwendeten Filtermaterials, ist überraschend gut Bei Verwendung des erfindungsgemäß aasgebildeten Filtermaterials als Niederschlagselektrode konnte gegenüber einem mit 400 g/m² herkömmlichen Filtermaterial bestückten Flächenfilter bei gleichem Abscheidegrad, z. B. 20 mg/m³ (Reststaubgehalt im Reingas hinter dem Filter), die Filterfläche bei gleichem Flächengewicht, gleichem Filterwiderstand und gleichem Differenzdruck auf ein Sechzehntel der Filterfläche reduziert werden. Hieraus ergeben sich die Vorteile einer solchen Filteranlage gegenüber konventionellen Enstaubungsanlagen.

Durch die Zeitschrift »Chem. Eng.« 69 (1962), 23, 92, ist es zwar bekanntgeworden, silikonisierte Glasfasergewebe, die als Filter zur Gasreinigung dienen, zur Verlängerung der Lebensdauer einer Endbehandlung mit kolloidalem Graphit zu unterziehen, durch die der Abrieb Faser gegen Faser vermindert wird. Die Problematik der Aufladungseffekte an Gasfiltermate-

rialien, durch welche im Betrieb das zu reinigende, elektrisch geladene Partikeln enthaltende' Gas hindurchgeführt wird, ist dort jedoch nicht angesprochen. Die zur Abriebverringerung vorgesehene relativ geringe Graphitierung ist für die Lösung des Aufladungsproblems auch ungeeignet

Die Wirksamheit des Gasfiltermaterials ist besonders gut, wenn durch die ein- bzw. angelagerten Teilchen die filternde Oberfläche des porösen Materials auf etwa ein Dreifaches bis Zweitausendfaches vergrößert ist Durch diese Maßgabe kann unter Berücksichtigung des Materials, aus dem die ein- bzw. angelagerten Teilchen bestehen, der Größenverteilung und der Porengröße bzw. des Faserdurchmessers des verwendeten porösen Materials im Rahmen des angestrebten Durchgangs-Widerstandes ein Optimum der Füterwirksamkeit erzielt werden.

Die ein- bzw. angelagerten Teilchen können in an sich bekannter Weise aus Ruß und/oder Graphit und/oder Metall bestehen. Besonders Ruß hat sich wegen seiner einfachen Handhabbarkeit in der Praids gut bewährt

Die Porengröße des porösen Materials liect vorzugsweise zwischen 5 um und 1 mm.

Wenn das Gasfiltermaterial aus faserigem Material gebildet ist, liegt der Durchmesser der Fasern vorzugsweise zwischen 1,5 und 150 um

Die Teilchen können in an sich bekannter Weise durch Oberflächenkarbonisierung in bzw. an das poröse Material ein- bzw. angelagert oder mittels eines Bindemittels, z. B. eines Harzes, an der Oberfläche des porösen Materials gehalten sein.

Das Gasfiltermaterial nach der Erfindung kann je nach Anwendungsart und -zweck als Filterband-, -tasche oder -schlauch ausgebildet sein.

Das Filtermaterial kann Naturfasern, wie pflanzliche Fasern, insbesondere Pflanzenhaare, z. B. Baumwolle, Kabok, Bastfasern, z. B. Flachs, Jute, sowie Hartfasern, z.B: Sisal, und tierische Fasern, wie Wolle, z.B.

Schafwolle, Kameihaar, Haare, z.B. Roßhaar, oder Seiden, z. B. Tunah, mineralische Fasern, ?. B. Asbest, oder Chemiefasern aus natürlichen Polymeren pflanzlicher Herkunft, z. B. zellulosische Fasern, Nitrat, Cupro, Viskose, Azetat Eiweiß, Alginat Gummi, oder tierischer Herkunft, z. B. Kasein, oder aus synthetischen Polymeren, wie Polykondensatfasern, z. B. Polyester, Polyharnstoff, Polyamid, Polymerisatfasern, z.B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Multipolymerisatfasern, Polytetrafluorethylen, Polyadditionsfasern, z. B. Polyurethan-Elastomere, und industriell hergestellte Fasern auf anorganischer Grandlage, z.B. Glas, Keramik, Gesteinen, Schlacken, Metallen, oder Mischungen daraus enthalten.

Damit das Fasermaterial die erforderliche Festigkeit erhält kann es durch Weben, Wirken, Vlieslegen, Nadeln, Kunststoffanlagerung an Faserkreuzungspunkten, Imprägnieren und thermisches Verschweißen oder Verdichten stabilisiert sein.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend vorgesv.r-jiagenen Gasfiltermaterialien, das erfindungsgemäß daiai besteht daß zunächst das poröse Material hergestellt und gegebenenfalls mechanisch, chemisch oder thermisch verfestigt und dann die Teilchen durch Tauchen in eine oder Besprühen mit einer die Teilchen suspendiert enthaltenden Flüssigkeit oder durch Oberflächenkarbonisierung in bzw. an das poröse Material ein- bzw. angelagert werden. Hierdurch kann man erreichen, daß die Teilchen nach Wahl einseitig oder beidseitig auch in unterschiedlichen Mengenverteilungen, gesehen über den Querschnitt des porösen Materials, in das poröse Material eingelagert werden.

Das Tauchbad bzw. die Sprühflüssigkeit kann vorzugsweise eine Harzdispersion mit erheblichen Binde- oder molekularkinetischen Kräften enthalten, die die Befestigung der Teilchen an der Oberfläche des Filtermaterials verbessert

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gasfiltermaterial, durch welches im Betrieb das zu reinigende, elektrisch geladene Partikeln enthaltende Gas hindurchgeführt wird, insbesondere zur Verwendung als Niederschlagselektrode eines Elektrofflters, bestehend aus einem porösen, z.B. faserigen, sowie einem elektrisch gut leitenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß" das elektrisch gut leitende Material in Form feiner Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 2 mn und 10 um in einer solchen Menge in bzw. an das poröse Material ein- oder angelagert ist, daß der elektrische Durchgangswiderstand des Fütermaterials bei 20⁰C kleinere Werte als 10³ Ohm χ cm aufweist

2. Gasfiltermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die ein- bzw. angelagerten Teilchen die filternde Oberfläche des porösen Materials auf etwa ein Drei- bis Zweitausendfaches vergrößert ist

3. Gasniiermateriai nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Ruß und/oder Graphit und/oder Metall bestehen.

4. Gasfiltermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße des porösen Materials zwischen 5 um und 1 mm liegt

5. Gasfiltermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit faserigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Fasern zwischen 1,5 und 150 um liegt

6. Gasfiltermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis. 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen durch Oberflächenkarbonisierung in bzw. an das poröse Material ein- bzw. angelagert oder mittels eines Bindemittels, z.B. eines Harzes, an der Oberfläche des porösen Materials gehalten sind.

7. Verfahren zum Herstellen eines Gasfiltermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das poröse Material hergestellt und gegebenenfalls mechanisch, chemisch oder thermisch verfestigt und dann die Teilchen durch Tauchen in eine oder Besprühen mit einer die Teilchen suspendiert enthaltenden Flüssigkeit in bzw. an das poröse Material ein- oder angelagert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchbad bzw. die Sprühflüssigkeit eine Harzdispersion mit erheblichen Binde- und molekularkinetischen Kräften enthält