DE3818919A1 - Verfahren und vorrichtung zur selektiven entnahme von zumindest einem bestandteil aus dem gasgemisch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur selektiven Entnahme von zumindest einem Bestandteil aus einem Gasgemisch, insbesondere zur Trocknung eines Gases mit einer für polare Moleküle durchlässigen und als Trennwand dienenden Membran.

Man kennt bereits ein Verfahren zur Separierung von Gasen oder Gasgemischen, bei dem nach dem Permeationsprinzip als Trennwand eine polare Membran verwendet wird, die vor allem für polare Moleküle durchlässig ist. Während bei diesem vorbekannten Permeationstrennverfahren auf der einen Seite das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch durch die Membran hindurchgeleitet wird, wird die Membran auf der anderen Seite mit Luft oder gegebenenfalls einem Gas umspült.

Nachteil dieser bekannten Verfahrensweise ist jedoch, daß nur sehr unpolare Bestandteile des zu behandelnden Gases oder Gasgemisches zurückgehalten werden und auch andere Inhaltsstoffe beispielsweise eines Dampfgemisches ebenfalls durch die Membran permeieren können.

Es ist erwünscht, daß dieses vorbekannte Trennverfahren beispielsweise bei der Abgasuntersuchung von Kraftfahrzeugmotoren zur Trocknung des zu untersuchenden Abgases eingesetzt wird. Durch die Membran permeiert jedoch nicht nur der Wasserdampf, sondern vielmehr beispielsweise auch organische Bestandteile, die in dem Abgas nur in Spuren enthalten sind und deren zumindest teilweise Permeation durch die Membran das spätere Untersuchungsergebnis entsprechend nicht unerheblich ver­ fälscht.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem gezielt einzelne Bestandteile aus Gasen oder Gasgemischen entnommen werden können und welches sich insbesondere zur selektiven Trocknung von Gasen, ohne größeren Verlust anderer Gasbestandteile, eignet.

Die erfindungsgemäße Lösung bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art besteht insbesondere darin, daß die Membran auf der dem Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite von einer Spülflüssig­ keit umspült wird, die eine bevorzugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil aufweist. Überraschenderweise können durch die Wahl bestimmter Spül­ flüssigkeiten, die die Membran auf der dem zu behandelnden Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite umspülen, gezielt Selektionen erreicht werden. Dabei diffundiert in die Spül­ flüssigkeit bevorzugt diejenige polare Komponente, zu der die Spülflüssigkeit eine bevorzugte Affinität aufweist, während unpolare Bestandteile oder weniger polare Ver­ bindungen im Gas oder Gasgemisch verbleiben oder nur zu einem unerheblichen Anteil durch die Membran hindurchtreten.

Wählt man beispielsweise eine hygroskopische Flüssigkeit als Spülflüssigkeit, so können Gase ohne wesentlichen Verlust anderer Komponenten getrocknet werden. Ammoniak bzw. flüchtige Amine wiederum lassen sich durch Umspülen mit einer Säure, saure Inhaltsstoffe dagegen durch Um­ spülen mit einer basischen Flüssigkeit abtrennen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise vorteilhaft allgemein bei der Trocknung von Luft und anderen Gasen sowie bei der infrarotspektroskopischen oder gas­ chromatographischen Spurenanalyse etwa im Rahmen von Arbeits­ platz- oder Abgasuntersuchungen einsetzen. Ebenfalls kann es bei der selektiven Abreicherung von Ammoniak oder flüchtigen Aminen aus alkalisch gestellten Prozeßwässern anstelle des Strippens sowie zur Abreicherung saurer Kompo­ nenten aus Gasen und Dämpfen, zur Abreicherung von Kohlen­ dioxid aus Biogas oder aus Raumluft und auch zur selektiven Entschwefelung von Biogas verwendet werden.

Dabei wird die Spülfüssigkeit entsprechend der zu selek­ tierenden Komponente ausgewählt. Vorteilhaft ist es, wenn eine Spülflüssigkeit verwendet wird, die mit dem zu selektierenden Bestandteil eine chemische Verbindung ein­ geht, beispielsweise unter Bildung eines Additionsproduktes, einer Säure-Base-Beziehung, eines Charge-Transfer-Komplexes, einer Solvolyse oder durch Umsetzung unter Nutzung des Le Chatelierschen Prinzips durch Entzug einer Komponente infolge Gas- oder Niederschlagsbildung. Vorteilhaft kann auch eine Spülflüssigkeit verwendet werden, die mit dem zu selektierenden Bestandteile Solvate bildet, beispielsweise Hydrate und Alkoholate, Ammoniakate und Aminate.

Zur Förderung der Permeationsgeschwindigkeit und der Permeationsausbeute auch bei gleichzeitig kleinerer Dimen­ sionierung der Membran ist es vorteilhaft, wenn das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch unter Druck gegen und/oder durch die Membran geleitet wird, vorzugsweise mit einem Druck von 1,1 bis 10×10⁵ Pa.

Ein Vorschlag gemäß der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung, der die Trocknung eines Gases oder Gasgemisches betrifft, sieht vor, daß das Verfahren sich in verschiedene Trennphasen unterteilt, daß dabei die zeitlich erste Trenn­ phase eine Heißphase ist, die vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 bis 90° Celsius betrieben wird und daß die nach­ folgenden Trennphasen Kaltphasen sind, die vorzugsweise bei gegebenenfalls abnehmenden Temperaturen von +10 bis -30° Celsius betrieben werden.

Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren unter einem geringen Druck von beipielsweise 1,1 bis 10×10⁵ Pa betrieben. Auf diese Weise läßt sich auch eine verhältnis­ mäßig kleine dimensionierte Membran verwenden und dennoch eine gute Permeationsgeschwindigkeit und Permeationsausbeute erzielen. Der Druck jedoch begünstigt eine Kondensation des in einem Gas enthaltenen Wasserdampfes. Da der an der Membran kondensierte Wasserdampf eine Permeation weiteren Wasserdampfes in die auf der gegenüberliegenden Seite der Membran befindliche, hygroskopische Spülflüssigkeit behindern könnte, ist es vorteilhaft, wenn die Druckan­ hebung durch anfänglich heißere Temperaturphasen und eine Erhöhung des Sättigungswertes des Gases zumindest ausge­ glichen wird. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Trennphasen mit abnehmender Temperatur hinterein­ andergeschaltet betrieben werden und wenn die erste Trenn­ phase bei einer Temperatur von etwa 10 bis 80° über Umgebungs­ temperatur sowie alle folgenden Trennphasen etwa 10 bis 50° Celsius unter Umgebungstemperatur betrieben werden. Diese Trenn- oder Kaltphasen mit gegebenenfalls unterschiedlichen, abnehmenden Temperaturen begünstigen wiederum den Permeationsprozeß und insbesondere eine chemische Reaktion der Spülflüssigkeit mit der zu selektierenden Komponente.

Es besteht auch die Aufgabe eine einfache Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei der Vorrichtung der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß die Vor­ richtung zumindest ein die Membran enthaltendes Permeations­ modul hat und daß sich auf der dem Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite der Membran eine Spülflüssigkeit befindet, die eine bevorzugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil aufweist.

Während die Spülflüssigkeit die Selektion bestimmter Kompo­ nenten aus dem Gas oder Gasgemisch begünstigt, erleichtern einzelne Permeationsmodule die Unterteilung des Verfahrens etwa in verschiedene Trennphasen mit unterschiedlichen, nacheinander abnehmenden Temperaturen.

Eine einfache und vorteilhafte Ausführung gemäß der Er­ findung sieht vor, daß die Membran im wesentlichen aus einer vorzugsweise schraubenlinienförmig angeordneten Hohl­ faser besteht und daß gegebenenfalls mehrere Membranen zu einem Hohlfaserbündel zusammengefaßt sind. lnsbesondere eine schraubenlinienförmig angeordnete Hohlfaser bietet eine große Umspülungsfläche für die Spülflüssigkeit bei dennoch vergleichsweise geringen Abmessungen der Membran. Zweckmäßigerweise dient dabei die als Hohlfaser ausge­ bildete Membran als Gasleitung für das im Inneren der Hohl­ faser durchströmende Gas oder Gasgemisch, während die Außenseite der Hohlfaser durch die Spülflüssigkeit umspült wird.

Möglich ist auch, die Membran zylinderförmig auszubilden oder als flache Membran rahmenartig zu umfassen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung kann darin bestehen, daß die Vorrichtung mehrere miteinander verbundene Permeationsmodule aufweist, die in Durchströmrichtung des Gases oder Gasgemisches hintereinander angeordnet sind. Enthalten diese "in Reihe" miteinander verbundenen Permeationsmodule dieselbe Spül­ flüssigkeit, so läßt sich die Permeationsausbeute steigern. Permeationsmodule mit unterschiedlichen Spülflüssigkeiten dagegen können vorteilhaft zur Selektion mehrerer Bestandteile aus einem Gasgemisch eingesetzt werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend wird diese anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in Ver­ bindung mit den Figuren noch näher erläutert.

Es zeigen, stärker schematisiert:

Fig. 1 und 2 eine auseinandergezogen und perspektivisch dargestellte Ansicht einer einstufigen sowie eine im Schnitt gehaltene Ansicht einer zweistufigen Flüssigphasen-Trennvorrichtung,

Fig. 3 und 4 eine Versuchsanordnung und Chromatogramme zum 1. Beispiel,

Fig. 5 bis 7 Versuchsanordnung und Chromatorgramme zum 2. Beispiel und

Fig. 8 und 9 Chromatogramme zum 3. Beispiel.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Permeationsmodul einer einstufigen Trennvorrichtung. Das Permeationsmodul 1 weist ein äußeres, isolierendes Schutzgehäuse 2 auf, in dessen Innenraum der die Spülflüssigkeit enthaltende Behälter 3 angeordnet ist. Das Schutzgehäuse 2 wird durch eine Ab­ deckung 4 an seiner Oberseite verschlossen, die mit einer als Hohlfaser ausgebildeten und schraubenlinienförmig angeordneten Membran 5 verbunden ist. Während in Gebrauchs­ stellung des Permeationsmoduls 1 die Membran 5 in den Behälter 3 und die darin enthaltene Spülflüssigkeit ein­ taucht, ragen die beiden freien Enden 6 und 7 über die Oberseite der Abdeckung 4 nach außen und dienen als An­ schlüsse für die als Gasleitung des zu behandelnden Gases oder Gasgemisches ausgebildete Membran 5.

Zur besseren Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 die Abdeckung 4 vom Schutzgehäuse 2 abgehoben dargestellt. Deutlich erkennbar ist in Fig. 1 das - nur schematisch darge­ stellte - Regelventil 8, das gleichzeitig einen Durch­ flußmesser für das in Durchströmrichtung Pf 1 durch die Membran 5 geleitete Gas oder Gasgemisch enthält.

Erfindungsgemäß befindet sich auf der dem Gas oder Gas­ gemisch abgewandten Außenseite der an sich bekannten, polaren Membran 5 eine Spülflüssigkeit, die eine bevor­ zugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil aufweist. Durch die Wahl einer bestimmten Spülflüssigkeit kann aus einem mit polaren Komponenten beladenen Gas oder Dampf nach dem Permeationsprinzip ein bestimmtes Bestandteil selektiv abgetrennt werden, und zwar ohne wesentlichen Verlust an anderen Komponenten. Beispiels­ weise ist durch eine hygroskopische Spülflüssigkeit die Trocknung von Gasen oder Gasgemischen möglich. Durch Umspülen der Membran 5 mit einer Säure können Ammoniak bzw. flüchtige Amine abgetrennt und umgekehrt saure Inhaltsstoffe durch Umspülen mit einer basischen Flüssig­ keit aus einem Gas oder Gasgemisch entnommen werden. Zur Förderung der Permeationsgeschwindigkeit und der Permeationsausbeute ist es vorteilhaft, wenn das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch unter Druck durch die Membran 5 geleitet wird.

In Fig. 2 ist in einer schematischen Ansicht eine zwei­ stufige Flüssigphasen-Trennvorrichtung dargestellt, die zwei miteinander verbundene Permeationsmodule 1 aufweist, die in Durchströmrichtung Pf 1 des zu behandelnden Gases oder Gasgemisches hintereinander "in Reihe" ange­ ordnet sind. Die Flüssigphasen-Trennvorrichtung in Fig. 2 dient dabei der Trocknung eines durch die Membranen 5 der Permeationsmodule geleiteten Gases oder Gasgemisches. Dazu weisen die Permeationsmodule 1 in ihren Behältern 3 jeweils eine hygroskopische Spülflüssigkeit auf, die die Membranen 5 an ihrer dem Gas oder Gasgemisch abge­ wandten Außenseite umspült.

Das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch wird unter einem Druck von vorzugsweise 1,1 bis 10×10⁵ Pa durch die Membran 5 geleitet. Um eine Kondensation des im Gas oder Gas­ gemisch enthaltenen Wasserdampfes zu vermeiden, wird das in Durchströmrichtung Pf 1 erste Permeationsmodul 1 bei einer Temperatur von 10 bis 80° über Umgebungstemperatur betrieben. Dazu weist das in Fig. 2 rechte Permeationsmodul 1 eine Heizvorrichtung 9 auf, die die Spülflüssigkeit auf eine Temperatur von 30 bis 90⁰C erwärmt.

Um die Permeation des Wasserdampfes durch die für polare Komponenten durchlässigen Membran 5 in die im Behälter 3 befindliche Spülflüssigkeit zu be­ günstigen, wird das in Durchströmrichtung Pf 1 nachfol­ gende, in Fig. 2 linke Permeationsmodul 1 bei einer Temperatur von 10 bis 50°C unter Umgebungstemperatur betrieben. Das in Fig. 2 linke Permeationsmodul 1 weist dazu eine Kühlvorrichtung 10, beispielsweise ein Peltier­ element auf, welches die Spülflüssigkeit auf eine Temperatur von etwa 10 bis -30°C abkühlt. Dabei ist das Schutz­ gehäuse 2 des in Fig. 2 linken Permeationsmoduls 1 zur besseren Isolation stärker dimensioniert.

Während also in dem in Fig. 2 rechten Permeationsmodul 1 eine Heißphase durchgeführt wird, durchläuft das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch in dem in Fig. 2 linken Permeationsmodul eine Kaltphase.

Zur Regelung der Durchflußmenge und des Druckes des zu trocknenden Gas oder Gasgemisches weist die in Fig. 2 dargestellte Flüssigphasen-Trennvorrichtung ein Regelven­ til 8 sowie einen zwischen den beiden Permeations­ modulen 1 angeordneten Durchflußmesser 11 auf.

Auch die Membranen 5 der in Fig. 2 dargestellten Permeationsmodule 1 sind als Hohlfaser ausgebildet und schraubenlinienförmig im Behälter 3 angeordnet. Möglich wäre aber auch, die Membranen 5 zylinderförmig auszubilden oder als flache Membranen rahmenartig beispielsweise von ebenen Flächen zu umfassen.

Mit dem erfindungsgemäßen Trennverfahren und den in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen können gezielt einzelne Bestandteile aus Gasen oder Gasgemischen entnommen und insbesondere derartige Gase oder Gasgemische ohne größeren Verlust anderer Gasbestandteile getrocknet werden.

Als Membran-Werkstoff kommt ein solcher Werkstoff in Frage, wie er zum Beispiel unter dem Handelsnamen "Nafion®" im Handel erhältlich ist.

Nachfolgend werden Beispiele zur Anwendung der Permeations­ trocknung von Gasen für analytische Zwecke (Gas-Chromato­ graphie und Gasphasen-I-R-Spektroskopie) detaillierter beschrieben.

1. Beispiel : Perchlorethylen aus Abluft

Perchlorethylen (nachstehend auch kurz "Per"genannt) ent­ haltende Luft wird üblicherweise über Aktivkohlefilter ge­ reinigt. Dabei hängt die Beladungskapazität der Aktivkohle wesentlich davon ab, wieviel Feuchtigkeit in der Luft zu­ sätzlich enthalten ist. So gilt beispielsweise für den Ex­ tremfall der Absorption von Per aus trockener Luft eine Beladungskapazität bis ungefähr 30%, wohingegen bei der Beladung von Aktivkohle mit Per aus wäßriger Lösung maxi­ mal bis zu 3% aufgenommen werden.

Deshalb ist zu erwarten, daß bei der üblichen Absorption von Per aus Luftproben an Aktivkohle-Probenahmeröhrchen je nach dem noch zusätzlich enthaltenen Wasserdampfanteil auch deutlich fehlerhafte Bestimmungen gemacht werden können.

Die Luft im Kopfraum eines Aktivkohle-Festbettreaktors für den biologischen Abbau von Perchlorethylen wurde mit und ohne Permeationstrocknung über ein Aktivkohle-Probenahme­ röhrchen geleitet und anschließend gaschromatographisch untersucht.

Die Versuchs-Einrichtung zur Gas-Permeationstrocknung bestand aus zwei gleichen Einheiten, wobei die erste für den Betrieb bei Raumtemperatur (und eventuell auch höher bis max. 90°C) und die zweite bei unter den Gefrierpunkt abgekühlten Tempe­ raturen (bis maximal -30°C) vorgesehen ist.

Für die Untersuchung wurden jeweils 1 Liter beladener Luft mit einem Fluß von 150 ml/min über Aktivkohleröhrchen ge­ leitet. Zur gaschromatographischen Untersuchung wurde das Aktivkohleröhrchen mit 3 ml Hexan kalt im Ultraschallbad extrahiert und per Kapillar-Gas-Chromatographie auf einer unpolaren Säule (SE-54, 25 m) mit Helium als Trägergas und ECD-Detektion quantitativ bestimmt. Bei Anwendung des Trockners wurde 55 mal mehr Per gefunden als direkt aus dem Reaktor ohne Trocknung.

In einem zweiten Versuch wurde die zweite Trocknungszeit auf 0°C abgekühlt und auf diese Weise sogar der 150fache Per- Gehalt ermittelt.

Die Versuchsanordnung und Chromatogramme sind in Fig. 3 und 4 dargestellt. Dabei ist darauf zu achten, daß die getrocknete Probe für die Bestimmung 1 : 50 verdünnt werden mußte.

2. Beispiel : Abgas von Verbrennungsmotoren

Bei der Verbrennung von Treibstoffen entsteht aus den Kohlen­ wasserstoffen des Treibstoffes Wasser. Bei kälteren Außen­ temperaturen wird dies unmittelbar nach Verlassen des Aus­ puffes bereits als "Auspuffnebel" sichtbar. Das Wasser stört die analytischen Abgasuntersuchungen, weil sämtliche Sorptions­ prozesse durch Wasserdampf beeinträchtigt werden.

Je 1 Liter Abgas eines Ottomotors (Fiat Ritmo Abarth), ent­ nommen mit einer Flußgeschwindigkeit von 150 ml/min, mit und ohne Trocknung, wurden über zwei hintereinander geschaltete Kieselgel-Probenahmeröhrchen (Dräger) geleitet und an­ schließend nach Desorption mit n-Hexan gaschromatographisch untersucht (Hewlett Packard GC 5890 A; Kapillare HP 1 mit 250 µ I.D., Detektion durch Quadrupol-MSD im scan-mode).

Die Versuchsanordnung mit den hintereinandergeschalteten "Trocken 1 D und 2 D" und "Feucht 1 D und 2 D" ist in der Fig. 5 schematisch dargestellt. In den dazugehörigen Chromato­ grammen (vgl. Fig. 6 und Fig. 7) bezieht sich die nach oben aufgetragene Spur jeweils auf die getrocknete und die nach unten aufgetragene Spur auf die feucht belassene Probe. Ferner ist bei Fig. 6 im linken oberen Teil das Totalchromatogramm des ersten Röhrchens bis 44 Minuten aufgetragen und rechts oben das entsprechende Chromatogramm des nachgeschalteten 2. Röhrchens. Darunter befinden sich vergrößerte Aus­ schnitte von der 4. bis zur 16. Minute.

Allein der visuelle Vergleich der Chromatogramme läßt er­ kennen, daß die Komponenten des getrockneten Abgasstromes bereits im ersten Adsorptionsröhrchen nahezu vollständig ge­ bunden werden, während die Komponenten im feucht belassenen Abgasstrom erst im 2. Röhrchen abgebunden werden, also der Wasserdampf das Festhalten der Komponenten behindert. Bei der genaueren massenspektrometrischen Untersuchung er­ wiesen sich die Verbindungen des ersten Chromatorgrammab­ schnittes bis zu 15. Minute als ein- und mehrfach alkylierte Benzolderivate.

Der Hexan-Extrakt des jeweils ersten Röhrchens, getrocknet und feucht belassen, wurde ein zusätzlich auf einem zweiten GC-System untersucht (Carlo-Erba Mega, 250 µ I.D.), Filmdicke 1 µ OV 1,30 m lang, Detektion durch FID). Die FID-Detektion reagiert auf Kohlenwasserstoffe empfindlicher als die massen­ spektrometrische Detektion im scan-mode. Die dazugehörigen Chromatogramme sind zusammen mit einer auf analoge Weise genommene Dieselabgasprobe in Fig. 7 zusammengestellt. Die deutlich bessere Resorption auf Kieselgel bei den getrockneten Gasströmen wird für beide Fälle ohne weiteres sichtbar. Beim Abgas des Benzinmotors werden die Komponenten bis zu 15. Mi­ nute des Chromatogrammes im feucht belassenen Abgasstrom durchschnittlich nur zwischen 25 und 65% besser festgehalten, in einigen Fällen sogar nahezu überhaupt nicht.

3. Beispiel : Gasphasen-IR-Spektroskopie von Abluft mit vorgeschalteter selektiver Trocknung ohne Ver­ lust organischer Komponenten

Die IR-Spektroskopie ist eine leistungsfähige Methode zur Identifizierung organischer Verbindungen. Zumindest läßt sich auf diesem Wege leicht eine Aussage über funktionelle Gruppen finden und damit die Verbindung ihrer Substanzklasse zuordnen. Was den Einsatz in der Analytik gasförmiger Proben betrifft, so liefert diese Methode nur in Teilbereichen wirklich befriedigende Resultate, weil große Teile des Gesamt­ spektrums durch den in Luft stets weit überwiegenden Wasser­ dampf verdeckt werden.

Aus einem Raum, in dem mit Acrolein hantiert wurde, wurden 1,8 Liter Raumluft in eine evakuierte IR-Gas-Küvette von ca. 4 l Inhalt mit Mehrfach-Reflektion und insgesamt etwa 35 m Lichtweg eingezogen.

Einmal wurde die Luft direkt in die Küvette gezogen und ein weiteres Mal zuvor über den Permeationstrockner (Strömungs­ geschwindigkeit 150 ml/min). Die Feuchtigkeit der Raumluft betrug 50%.

Die für Acrolein charakteristische und intensive Carbonyl­ schwingung um 1700 cm^-1 wird nur bei der getrockneten Luft­ probe sichtbar (siehe Fig. 8 u. 9).

Wie bereits erwähnt, ist eine wesentliche erfindungsgemäße Ausgestaltung des anmeldungsgemäßen Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung, daß die zu messende Luft zu­ nächst komprimiert und gleichzeitig erwärmt wird, damit der Taupunkt nicht unterschritten wird. In der ersten Trocknungs­ stufe durchströmt die Luft ein nur für Wasserdampf durch­ lässiges Filter, wird anschließend in einer zweiten Stufe auf wenige Grade über dem Nullpunkt abgekühlt und nochmals in der gleichen Weise gefiltert.

Man erreicht dadurch, daß die Luft auf einen Taupunkt von ca. -30°C abgekühlt wird. Das entspricht einem Wasser­ gehalt von ca. 350 mg H₂O/m³, und dies ohne organische Inhaltsstoffe der Luft zu verlieren.

Anwendungsbereiche eines solchen Luftproben-Trockners bzw. des entsprechenden Verfahrens dazu sind zum Beispiel IR-spektroskopische und gaschromatographische Spurenbe­ stimmungen in feuchter Luft, Arbeitsplatzuntersuchungen, Abgasanalysen bei Kraftfahrzeugen.

Alle vorbeschriebenen oder in den Ansprüchen aufgeführten Einzelmerkmale können einzeln oder in beliebiger Kombi­ nation miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (12)

1. Verfahren zur selektiven Entnahme von zumindest einem Bestandteil aus einem Gasgemisch, insbesondere zur Trocknung eines Gases mit einer für polare Moleküle durchlässigen und als Trennwand dienenden Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) auf der dem Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite von einer Spülflüssigkeit umspült wird, die eine bevorzugte Affinität für das zu selektierende Bestand­ teil aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spülflüssigkeit verwendet wird, die mit dem zu selektierenden Bestandteil eine chemische Verbindung eingeht, beispielsweise unter Bildung eines Additions­ produktes, einer Säure-Base-Beziehung, eines Charge- Transfer-Komplexes, einer Solvolyse oder durch Um­ setzung unter Nutzung des Le Chatelierschen Prinzips durch Entzug einer Komponente infolge Gas- oder Niederschlagsbildung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spülflüssigkeit verwendet wird, die mit dem zu selektierenden Bestandteil Solvate bildet, beispielsweise Hydrate und Alkoholate, Ammoniakate und Aminate.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch unter Druck gegen und/oder durch die Membran geleitet wird, vorzugsweise mit einem Druck von 1,1 bis 10×10⁵ Pa.

5. Verfahren zur Trocknung eines Gases oder Gasgemisches nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verfahren sich in ver­ schiedene Trennphasen unterteilt, daß dabei die zeit­ lich erste Trennphase eine Heißphase ist, die vorzugs­ weise bei einer Temperatur von etwa 30 bis 90°C betrieben wird und daß die nachfolgenden Trennphasen Kalt­ phasen sind, die vorzugsweise bei gegebenenfalls abnehmenden Temperaturen von etwa +10° bis -30°C be­ trieben werden.

6. Vorrichtung zur selektiven Entnahme von zumindest einem Bestandteil aus einem Gasgemisch, insbesondere zur selektiven Trocknung eines Gases mit einer für polare Moleküle durchlässigen und als Trennwand dienen­ den Membran, insbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest ein die Membran (5) enthaltendes Permeationsmodul (1) aufweist und daß sich auf der dem Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite der Membran (5) eine Spülflüssigkeit befindet, die eine bevorzugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) im wesentlichen aus einer vor­ zugsweise schraubenlinienförmig angeordneten Hohlfaser besteht und daß gegebenenfalls mehrere Membranen (5) zu einem Hohlfaserbündel zusammengefaßt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die als Hohlfaser ausgebildete Membran (5) als Gasleitung für das im Inneren der Hohlfaser durchströmende Gas oder Gasgemisch dient.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) zylinderförmig ausgebildet oder als flache Membran rahmenartig umfaßt ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Permeations­ modul (1) im wesentlichen aus einem die Spülflüssig­ keit enthaltenden Behälter (3) besteht, in dem eine als Gasleitung dienende und als vorzugsweise schrauben­ linienförmige Hohlfaser ausgebildete Membran (5) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere miteinander verbundende Permeationsmodule (1) aufweist, die in Durchströmrichtung (Pf 1) des Gases oder Gasgemisches hintereinander angeordnet sind.

12. Vorrichtung zur Trocknung eines Gases oder Gasge­ misches, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das in Durchströmrichtung (Pf 1) erste Permeations­ modul (1) eine Heizvorrichtung (9) aufweist und daß die in Durchströmrichtung (Pf 1) folgenden Permeations­ module (1) eine Kühlvorrichtung (10) aufweisen.