DE3902977C2

DE3902977C2 - Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas

Info

Publication number: DE3902977C2
Application number: DE19893902977
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Okano
Original assignee: Seibu Giken Co Ltd
Current assignee: Seibu Giken Co Ltd
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1989-02-01
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: DE3902977A1; JPH01199621A; JP2673300B2; SE468927B; SE8900311D0; SE8900311L

Description

Die Erfindung betrifft ein Sorptionsgerät zum Sorbieren von ak tivem Gas. Dieses Sorptionsgerät enthält einen aus Blättern bzw. Bögen bzw. Schichten hergestellten Sorptionsrotor mit vie len kleinen Kanälen, der ein Sorptionsmittel für aktives Gas enthält, das Feuchtigkeit und andere aktive Gase (nachstehend als "aktive Gase" bezeichnet) reversibel absorbiert oder adsor biert (nachstehend als "sorbiert" bezeichnet). Das Sorptions gerät erzeugt dadurch, daß ein Prozeßgas bzw. zu behandelndes Gas und ein Reaktivierungsgas abwechselnd durch die kleinen Ka näle hindurchgeleitet und die aktiven Gase durch Sorption ent fernt werden, inertes Gas, das ein oder mehr als ein aktives Gas in geringer Konzentration enthält, z. B. trockene Luft.

Aus der JP-OS 71821/1986 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Gas (Luft) mit äußerst geringem Feuchtigkeitsgehalt, dessen Taupunkt unter -80°C liegt, bekannt. Bei diesem Verfahren wird aus einem Trockenmittel, das Feuchtigkeit reversibel sorbiert, ein Entfeuchtungsrotor mit vielen kleinen Kanälen, d. h., ein Wabenrotor, hergestellt, und es werden zwei solche Entfeuch tungsrotoren verwendet; Prozeßgas bzw. zu behandelndes Gas wird zur Entfeuchtung durch den ersten Entfeuchtungsrotor hin durchgeleitet und dann gekühlt und zur weiteren Entfeuchtung durch den zweiten Entfeuchtungsrotor hindurchgeleitet; Reakti vierungsgas wird durch die Reaktivierungszone des zweiten Ent feuchtungsrotors hindurchgeleitet und dann erhitzt und durch die Reaktivierungszone des ersten Entfeuchtungsrotors hindurch geleitet, um das Gas mit äußerst geringem Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden zwei Ent feuchtungsrotoren in einer Reihe betrieben, und infolgedessen sind z. B. Rotorantriebseinrichtungen, Rohrleitungen und Dich tungsscheiben bzw. -platten für zwei Rotoren erforderlich. Das bedeutet, daß der Aufbau kompliziert ist, daß eine große Auf stellungsfläche benötigt wird und daß die Wartung beschwerlich ist, was alles zu hohen Herstellungskosten und hohen Betriebs kosten führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile eines herkömmlichen Sorptionsgerätes zum Sorbieren von aktivem Gas aus einem Prozeßgas zu beseitigen.

Durch die Erfindung wird ein Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas aus einem Prozeßgas mittels eines mit einer Antriebseinrichtung, einem feststehenden Gehäuse und Dichtungen ausgestatteten Sorptionsrotors mit den folgenden Merkmalen bereitgestellt: Er hat eine zylindrische Form mit vielen kleinen Kanälen, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hindurchgehen und auf ihrer Oberfläche ein Sorptionsmittel für das aktive Gas enthalten, er ist durch am Gehäuse in der Nähe seiner beiden Endflächen angebrachte sektorartige Bauteile in verschiedenen Zonen unterteilt, die während der Rotation des Rotors jeweils der Reihe nach als mindestens zwei Sorptions zonen, eine Vorkühlzone und mindestens eine Reaktivierungszone wirken, und er enthält Rohrleitungen, über die das Prozeßgas in die erste Sorptionszone ein- und aus der letzten Sorptionszone abgeführt wird und Vorkühlluft in die und aus der Vorkühlstufe geführt und vor Einleitung in die mindestens eine Reaktivie rungszone jeweils über Heizeinrichtungen geleitet wird, wobei die der ersten Sorptionszone nachgeschaltete(n) Sorptions zone(n) verbunden ist (sind) mit der jeweils vorgeschalteten Sorptionszone, so daß jeweils mindestens zwei Sorptionszonen von demselben Prozeßgas nacheinander durchströmt werden.

Die Sorption kann in zwei Schritten durchgeführt werden, indem ein Wabenrotor gebildet wird, der eine zylindri sche Form mit vielen kleinen Kanälen hat, die zwischen entge gengesetzten Endflächen hindurchgehen, und der entweder mit ei nem Sorptionsmittel für aktives Gas durchtränkt ist oder auf der Oberfläche der Kanäle ein Sorptionsmittel für aktives Gas aufweist, und indem der Wabenrotor durch sektorartige Bauteile, mit denen das Gehäuse versehen ist bzw. die in dem Gehäuse vor gesehen sind, in vier Sektorzonen eingeteilt wird, die jeweils der Reihe nach als erste Sorptionszone, als zweite Sorptions zone, als Vorkühlzone und als Reaktivierungszone wirken (d. h., daß die vielen kleinen Kanäle in Gruppen, die die Zonen bilden, eingeteilt werden). Die Sorptionszonen und die Reaktivierungs zone können in weitere Zonen, d. h., in eine erste, eine zweite, eine dritte... (in der Richtung geordnet, die der Rotation des Sorptionsrotors entgegengesetzt ist) eingeteilt werden.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nach stehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Sorptions gerät zum Sorbieren von aktivem Gas;

Fig. 2 und 4 zeigen andere Beispiele für erfindungsgemäße Sorp tionsgeräte zum Sorbieren von aktivem Gas;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines sektorartigen Bauteils S, das in den Sorptionsgeräten zum Sorbieren von ak tivem Gas, die in Fig. 2 und 4 gezeigt sind, verwendet wird;

Fig. 5 ist eine erläuternde Ansicht des in Fig. 4 gezeigten Sorptionsrotors;

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Kenndaten bzw. die Gebrauchsleistung des in Beispiel 3 offenbarten Entfeuch tungsgeräts zeigt; und

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Temperaturver teilung der Reaktivierungsluft in der Reaktivierungszone zeigt.

In den Fig. 1 bis 5 bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Teile.

Beispiel 1

Flaches Kraftpapier und gewelltes Kraftpapier werden abwech selnd aufeinandergeklebt und in Form einer Rolle laminiert bzw. übereinandergeschichtet, um eine Wabenstruktur mit vielen klei nen Kanälen, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hin durchgehen, zu erhalten. Diese Struktur wird in einer wäßrigen Lösung von Lithiumchlorid eingeweicht und dann getrocknet, um ein Entfeuchtungsteil oder einen Entfeuchtungsrotor zu erhal ten, der mit etwa 8 Masse% Lithiumchlorid, bezogen auf die Wa benstruktur, durchtränkt ist. Sektorartige Bauteile werden an den beiden Endflächen eines Gehäuses angebracht oder gebildet und in der Nähe der beiden Endflächen dieses Entfeuchtungs teils oder Entfeuchtungsrotors 1 angeordnet, um den Entfeuch tungsrotor 1, der am Umfang der sektorartigen Bauteile ange brachte Gummidichtungen berührt, in eine erste Absorptionszone 2, eine zweite Absorptionszone 3, eine Vorkühlzone 4 und eine Reaktivierungszone 5 einzuteilen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Jede dieser Zonen ist durch Rohrleitungen mit einem Gebläse 6 zum Einleiten von Prozeßluft bzw. zu behandelnder Luft, einem Gebläse 7 für gelieferte Luft bzw. Speiseluft, einer Reaktivie rungsluft-Heizeinrichtung 8, einem Gebläse 9 zum Einleiten von Reaktivierungsluft, einer Kühleinrichtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft und einem (nicht gezeigten) Rotoran triebsmechanismus verbunden, wie in der Zeichnung gezeigt ist, um ein Absorptionsgerät zum Absorbieren von aktivem Gas zu er halten. Die Flächen jeder Zone, d. h., die Winkel, betragen z. B. bei der ersten Absorptionszone: 120°, bei der zweiten Absorp tionszone: 120°, bei der Vorkühlzone: 30° und bei der Reakti vierungs- bzw. Desorptionszone: 90°.

Beispiel 2

Ein flaches Papier geringer Dichte, das hauptsächlich aus an organischen Fasern besteht, und ein gewelltes Papier von der selben Art werden abwechselnd aufeinandergeklebt und in Form einer Rolle laminiert bzw. übereinandergeschichtet, um eine Matrix mit vielen kleinen Kanälen, die zwischen entgegenge setzten Endflächen hindurchgehen, zu erhalten. Diese Matrix wird mit einem Trockenmittel mit starkem Trocknungsvermögen wie z. B. Zeolithpulver oder Tonerdegel-Pulver, das in einer wäßrigen Lösung von Wasserglas dispergiert ist, durchtränkt und dann getrocknet. Die getrocknete Matrix wird dann in einer wäßrigen Lösung eines Magnesiumsalzes eingeweicht, um durch die Reaktion zwischen Wasserglas und dem Magnesiumsalz Magne siumsilicat-Hydrogel zu erzeugen. Durch Waschen und Trocknen der eingeweichten Matrix wird ein Entfeuchtungsrotor erhalten.

Magnesiumsilicat-Aerogel, in dem ein Trockenmittelpulver wie z. B. Zeolith gleichmäßig dispergiert ist, ist mit der Matrix fest in einem Stück verbunden. (Ein Entfeuchtungsteil, das synthetischen Zeolith enthält, ist in der JP-Patentanmeldung 145873/1987 bzw. der DE 38 19 727 A1 der Anmelder offenbart). In die sem Entfeuchtungsrotor wirkt Magnesiumsilicat-Aerogel als Ad sorptionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durch schnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas, und als Ad sorptionsmittel für aktives Gas mit außerordentlich hohem Ad sorptionsvermögen für in geringer Konzentration in einem iner ten Gas enthaltenes aktives Gas wirkt darin z. B. Zeolithpulver oder Tonerdegel-Pulver.

Sektorartige Bauteile S, die in Fig. 3 gezeigt sind, werden an den beiden. Endflächen eines Gehäuses angebracht oder gebildet und in der Nähe der beiden Endflächen dieses Entfeuchtungsro tors 1 angeordnet, um den Entfeuchtungsrotor 1, der am Umfang der sektorartigen Bauteile S angebrachte Gummidichtungen be rührt, in eine erste Adsorptionszone 2, eine zweite Adsorp tionszone 3, eine Vorkühlzone 4, eine erste Reaktivierungszone 5 und eine zweite Reaktivierungszone 11 einzuteilen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Jede dieser Zonen ist durch Rohrleitungen mit einem Gebläse 6 zum Einleiten von Prozeßluft bzw. zu behan delnder Luft, einem Gebläse 7 für gelieferte Luft bzw. Speise luft, Reaktivierungsluft-Heizeinrichtungen 8 und 12, einem Ge bläse 9 zum Einleiten von Reaktivierungsluft, einer Kühlein richtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft und einem (nicht gezeigten) Rotorantriebsmechanismus verbunden, wie in der Zeichnung gezeigt ist, um ein Adsorptionsgerät zum Adsor bieren von aktivem Gas zu erhalten. Die Flächen jeder Zone, d. h., die Rotationswinkel, betragen z. B. bei der ersten Adsorp tionszone: 120°, bei der zweiten Adsorptionszone: 120°, bei der Vorkühlzone: 40°, bei der ersten Reaktivierungszone: 40° und bei der zweiten Reaktivierungszone: 40°.

Beispiel 3

Ein flaches Papier geringer Dichte, das hauptsächlich aus an organischen Fasern besteht, und ein gewelltes Papier von der selben Art werden abwechselnd aufeinandergeklebt und in Form einer Rolle laminiert bzw. übereinandergeschichtet, um eine Matrix mit vielen kleinen Kanälen, die zwischen entgegenge setzten Endflächen hindurchgehen, zu erhalten.

In derselben Weise wie in Beispiel 2 der JP-Patentanmeldung 145873/1987 bzw. der DE 38 19 727 A1 der Anmelder beschrieben, werden zur Herstellung ei ner ersten Tränkflüssigkeit eine wäßrige Lösung von Wasserglas und synthetisches Zeolithpulver gleichmäßig vermischt. Es wird auch eine zweite Tränkflüssigkeit hergestellt, die nur aus ei ner wäßrigen Lösung von Wasserglas besteht. Die Matrix wird in zwei Abschnitte eingeteilt, die in Fig. 5 als "a" und "b" ge zeigt sind. Die obere Hälfte "a" wird in der ersten Tränkflüs sigkeit eingeweicht und damit durchtränkt, und die untere Hälf te "b" wird in der zweiten Tränkflüssigkeit eingeweicht und damit durchtränkt. Dann wird die Matrix erhitzt und getrocknet. Danach wird die Matrix in einer wäßrigen Lösung von Magnesium sulfat eingeweicht, um durch die chemische Reaktion zwischen Wasserglas und Magnesiumsulfat Magnesiumsilicat-Hydrogel zu er zeugen. Die Matrix wird gewaschen und zum Trocknen erhitzt, um einen Entfeuchtungsrotor zu erhalten, bei dem der Abschnitt "a" aus Magnesiumsilicat-Aerogel mit darin dispergiertem syntheti schem Zeolith besteht und der Abschnitt "b" aus Magnesiumsili cat-Aerogel besteht, die beide mit der als Gerüst dienenden Ma trix aus anorganischen Fasern in einem Stück verbunden sind.

Sektorartige Bauteile S, die in Fig. 3 gezeigt sind, werden an den beiden Endflächen eines Gehäuses angebracht oder gebildet und in der Nähe der beiden Endflächen dieses Entfeuchtungsro tors 1 angeordnet, um den Entfeuchtungsrotor 1, der am Umfang der sektorartigen Bauteile S angebrachte Gummidichtungen be rührt, in eine erste Adsorptionszone 2, eine zweite Adsorp tionszone 3, eine Vorkühlzone 4, eine erste Reaktivierungszone 5 und eine zweite Reaktivierungszone 11 einzuteilen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Jede dieser Zonen ist durch Rohrleitungen mit einem Gebläse 6 zum Einleiten von Prozeßluft bzw. zu behan delnder Luft, einem Gebläse 7 für gelieferte Luft bzw. Speise luft, Reaktivierungsluft-Heizeinrichtungen 8 und 12, einem Ge bläse 9 zum Einleiten von Reaktivierungsluft und einer Kühlein richtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft verbunden, wie in der Figur gezeigt ist, um ein Adsorptionsgerät zum Ad sorbieren von aktivem Gas zu erhalten. Die Fläche jeder Zone ist fast dieselbe wie im Fall von Beispiel 2.

Nachstehend wird als Beispiel ein Luftentfeuchtungsprozeß er läutert. Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft TA, die entfeuch tet werden soll, wird durch das Gebläse 6 in die erste Sorp tionszone 2 des Entfeuchtungsrotors 1 eingeleitet und entfeuch tet. Sie wird dann vorzugsweise durch die Kühleinrichtung 10 für Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft hindurchgeleitet und durch Kühlwasser 13 abgekühlt. Sie wird dann für die zweite Entfeuchtung in die zweite Sorptionszone 3 eingeleitet. Bei diesem Prozeß wird entfeuchtete Luft mit niedrigem Taupunkt er halten und durch das Gebläse 7 als Speiseluft SA geliefert bzw. bereitgestellt.

Nachstehend wird der Prozeß der Desorption von Wasserdampf, d. h., der Reaktivierung des Entfeuchtungsrotors, erläutert. Vor kühlluft PA, vorzugsweise ein Teil der bei dem vorstehend be schriebenen Entfeuchtungsprozeß erhaltenen entfeuchteten Luft SA, wird in die Vorkühlzone 4 eingeleitet, um den Entfeuch tungsrotor vorzukühlen, und dann durch die Reaktivierungsluft- Heizeinrichtung 8 erhitzt, um Reaktivierungsluft RA mit hoher Temperatur und geringem Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten. Die Reaktivierungsluft RA wird durch die Reaktivierungszone 5 hin durchgeleitet, um Feuchtigkeit, die in dem Entfeuchtungsrotor sorbiert worden ist, zu desorbieren und den Entfeuchtungsrotor zu reaktivieren.

In den Fällen der Beispiele 2 und 3, d. h., in den Fällen, bei denen die Reaktivierungszone in die erste Reaktivierungszone 5 und die zweite Reaktivierungszone 11 eingeteilt ist, wird die Vorkühlluft PA, vorzugsweise ein Teil der bei dem vorstehend erwähnten Entfeuchtungsprozeß erhaltenen entfeuchteten Luft SA, zuerst in die Vorkühlzone 4 eingeleitet, um den Entfeuchtungs rotor vorzukühlen, und dann durch die Reaktivierungsluft-Heiz einrichtung 8 bis auf etwa 180°C erhitzt, um Reaktivierungs luft RA₁ mit hoher Temperatur und geringem Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten. Die Reaktivierungsluft RA₁ wird durch die erste Reaktivierungszone 5 hindurchgeleitet, um Feuchtigkeit, die in dem Entfeuchtungsrotor sorbiert worden ist, zu desorbieren. Diese Reaktivierungsluft RA₁ hat am Auslaß der ersten Reakti vierungszone 5 eine auf weniger als etwa 100°C verminderte Tem peratur und einen etwas höheren Feuchtigkeitgehalt; sie zeigt noch ein gewisses Reaktivierungsvermögen und wird als Reakti vierungsluft RA₂ durch die zweite Reaktivierungszone 11 hin durchgeleitet, um die sorbierte Feuchtigkeit zu entfernen. In einem solchen Fall kann die Reaktivierungsluft durch die Reak tivierungsluft-Heizeinrichtung 12 erhitzt werden, um den Wir kungsgrad der Reaktivierung zu verbessern, d. h., um die rela tive Feuchtigkeit der Reaktivierungslüfte RA₁ und RA₂ durch Änderung der Temperaturen der Reaktivierungsluft-Heizeinrich tungen 8 und 12 zu steuern.

Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft und Reaktivierungsluft wir ken in der vorstehend beschriebenen Weise auf jede Zone des Entfeuchtungsrotors ein, wenn das Hindurchleiten durch jede Zone des Entfeuchtungsrotors befolgt worden ist. Nachstehend wird der Entfeuchtungsprozeß mit dem in Beispiel 3 offenbarten Entfeuchtungsgerät, d. h., mit dem Beispiel von Fig. 4, unter dem Gesichtspunkt erläutert, wie ein bestimmter Abschnitt des Entfeuchtungsrotors wechselseitig mit der Prozeßluft bzw. der zu behandelnden Luft und der Reaktivierungsluft zusammenwirkt, während der Entfeuchtungsrotor einmal in Richtung des darge stellten Pfeiles rotiert.

Der Rotorabschnitt, bei dem adsorbierte Feuchtigkeit in den Re aktivierungszonen 11 und 5 desorbiert wurde und der in der Vor kühlzone 4 durch Vorkühlluft PA, die Normaltemperatur hat oder etwas wärmer als Normaltemperatur ist, gekühlt wurde, entfeuch tet zuerst in der zweiten Adsorptionszone 3 die Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft TA, die schon durch den ersten Adsorptions prozeß hindurchgegangen und (z. B. auf 30°C) abgekühlt worden ist. Diese weitere Entfeuchtung in der zweiten Adsorptionszone 3 erfolgt durch ein Trockenmittel mit ausgezeichnetem Adsorp tionsvermögen, hauptsächlich durch Zeolith, um Luft, die einen äußerst niedrigen Taupunkt hat, zu erzeugen und als Speiseluft SA zu liefern bzw. bereitzustellen. Zweitens entfeuchtet die ser Rotorabschnitt in der ersten Adsorptionszone 2 Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft TA, z. B. Außenluft (die beispielswei se eine Temperatur von 20°C hat). Die Entfeuchtung in der er sten Adsorptionszone 2 erfolgt hauptsächlich durch Metallsili cat-Aerogel. Folglich wird bei diesem Rotorabschnitt, der Feuchtigkeit adsorbiert hat und dessen Temperatur etwas höher geworden ist, Feuchtigkeit, die an dem Metallsilicat-Aerogel adsorbiert ist, in der zweiten Reaktivierungszone 11 durch Re aktivierungsluft RA₂ mit einer Temperatur von etwa 120°C desor biert, um das Aerogel zu reaktivieren, und dann wird Zeolith, d. h., ein Trockenmittel, das eine höhere Aktivierungstempera tur erfordert, in der ersten Reaktivierungszone 5 durch Reak tivierungsluft RA₁ mit einer Temperatur von etwa 180°C reakti viert, und der Rotorabschnitt wird in der Vorkühlzone 4 auf Normaltemperatur oder fast auf Normaltemperatur abgekühlt, in dem Vorkühlluft PA, vorzugsweise ein Teil der entfeuchteten Speiseluft SA, in die Vorkühlzone 4 eingeleitet wird. Dieser vorstehend beschriebene Prozeß wird wiederholt.

In den Beispielen 2 und 3 wurde Magnesiumsilicat-Aerogel als Adsorptionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durch schnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas und z. B. Zeo lith oder Tonerdegel als Adsorptionsmittel für aktives Gas mit außerordentlich hohem Adsorptionsvermögen für in geringer Kon zentration in inertem Gas enthaltenes aktives Gas verwendet.

Die vorstehend erläuterten Beispiele dienen der Erzeugung von Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt durch Adsorbieren von in der Luft enthaltener Feuchtigkeit mittels einer Kombination der beiden Adsorptionsmittel für aktives Gas. Anstelle des vor stehend erwähnten Magnesiumsilicat-Aerogels kann als Adsorp tionsmittel für aktives Gas mit gewöhnlichem bzw. durchschnitt lichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas z. B. Aluminiumsili cat-Aerogel oder Kiesel-Aerogel verwendet werden, und es kann eine Kombination dieser Adsorptionsmittel mit z. B. Zeolith oder Tonerdegel verwendet werden. Anstelle von Zeolith oder Tonerdegel kann als Adsorptionsmittel für aktives Gas z. B. Ak tivkohle oder aktivierter Ton (Walkerde bzw. Bleicherde) ver wendet werden, und es ist möglich, solche festen Adsorptions mittel zusammen mit einem oder mehr als einem Vertreter der Aerogele von Silicaten von z. B. Aluminium, Magnesium oder Cal cium zu verwenden. Ferner können Kieselgel, Tonerdegel und an dere der vorstehend erwähnten festen Adsorptionsmittel einzeln verwendet werden.

Andererseits können als inerte Gase außer der vorstehend er wähnten Luft z. B. Gase wie Stickstoff oder Argon verwendet wer den. Als aktive Gase, die in inertem Gas enthalten sind und die entfernt werden sollten, können außer dem vorstehend er wähnten Inlasserdampf Kohlenmonoxid, Schwefeloxide, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Dämpfe organischer Lösungsmittel und ver schiedene andere übelriechende Substanzen erwähnt werden. Je nach der Art und anderen Eigenschaften des aktiven Gases, das aus dem inerten Gas entfernt werden soll, kann nur ein Sorp tionsmittel für aktives Gas oder eine Kombination von minde stens zwei Arten von Sorptionsmitteln für aktives Gas verwen det werden. Es ist auch möglich, die Sorptionszone in mehr als zwei Zonen einzuteilen, um einen mehrstufigen Sorptionsvorgang durchzuführen. Andererseits kann die Reaktivierungszone eine einzige Zone sein; sie kann jedoch in mindestens zwei Abschnit te eingeteilt werden, und in der nachstehend erwähnten Weise kann Energie gespart werden, wenn die Reaktivierungstemperatur der Reihe nach erhöht und eine mehrstufige Reaktivierung durch geführt wird.

Fig. 6 zeigt Kenndaten bzw. Meßwerte einer gemäß dem vorste hend beschriebenen Beispiel 3 unter den folgenden Bedingungen durchgeführten Luftentfeuchtung, d. h., den Taupunkt und die Temperatur der entfeuchteten Luft am Auslaß (Gebläse 7) des Entfeuchtungsgeräts:
Papiere: Papier aus anorganischen Fasern (Siliciumdioxid-Alu miniumoxid) mit einem geringen Gehalt an organischen Kunstfa sern; Rohdichte: 0,3 bis 0,45 g/cm³; Dicke: 0,15 bis 0,25 mm.
Wellung: Abstand: 3,2 mm; Wellenhöhe: 1,8 mm.
Breite des Entfeuchtungsrotors: 400 mm.
Durchmesser des Entfeuchtungsrotors: 320 mm.
Temperatur der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft am Einlaß der ersten Adsorptionszone: 15°C.
Temperatur der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft am Einlaß der zweiten Adsorptionszone: 11°C.
Temperatur der Reaktivierungsluft am Einlaß der ersten und der zweiten Reaktivierungszone: 150°C.
Wind- bzw. Strömungsgeschwindigkeit der Prozeßluft bzw. zu be handelnden Luft: 1,5 m/s.
Wind- bzw. Strömungsgeschwindigkeit der Reaktivierungsluft: 1,5 m/s.
Rotationsgeschwindigkeit des Entfeuchtungsrotors: 3,5 Rotationen/h.

In der graphischen Darstellung zeigt die Abszisse die absolute Feuchtigkeit (g/kg) der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft TA am Einlaß der ersten Adsorptionszone, und die Ordinate zeigt den Taupunkt (°C; kleine weiße Kreise) und die Tempera tur (°C; kleine schwarze Kreise) der entfeuchteten Luft SA am Auslaß der zweiten Adsorptionszone.

Ein Beispiel für die Meßwerte ist nachstehend gezeigt:

Weil die Erfindung den vorstehend erwähnten Aufbau hat, ist es nicht notwendig, wie nach dem Stand der Technik zwei Sorptions rotoren in einer Reihe anzuordnen, um einen zweistufigen Sorp tionsvorgang durchzuführen: Ein einziger Sorptionsrotor, der mit einer Antriebseinrichtung, einem Gehäuse, Dichtungen, Rohr leitungen usw. ausgestattet ist, genügt, um ein inertes Gas zu erhalten, bei dem aktive Gase sorbiert und bis zu der erforder lichen geringen Konzentration entfernt worden sind. Nachste hend werden die Erfindung und der Stand der Technik unter den Bedingungen verglichen, daß das Trockenmittel, der Durchmesser der kleinen Kanäle des Entfeuchtungsrotors, die Breite des Ent feuchtungsrotors und die Wind- bzw. Strömungsvolumina/h der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft und der Reaktivierungs luft dieselben sind. Bei dem erfindungsgemäßen Sorptionsgerät genügt ein einziger Entfeuchtungsrotor mit einem Durchmesser von 750 mm, um einen Entfeuchtungsvorgang durchzuführen, bei dem nach dem bekannten Verfahren zwei Entfeuchtungsrotoren mit einem Durchmesser von 500 mm benötigt wurden, um Luft mit ei nem äußerst niedrigen Taupunkt von weniger als -80°C zu erhal ten. Dies bedeutet, daß der Aufbau einfacher ist, daß die Ko sten infolgedessen geringer sind, daß Energiekosten in hohem Maße gespart werden können, daß die Aufstellungsfläche klein ist und daß die Wartungskosten herabgesetzt werden können.

Bei den vorstehend erwähnten Beispielen für die Entfeuchtung ist das Entfeuchtungsvermögen des Entfeuchtungsrotors um so niedriger, je höher seine Temperatur ist. Infolgedessen wird mit einem Rotorabschnitt, nachdem er desorbiert und reakti viert worden ist, ein Entfeuchtungsvorgang erst durchgeführt, nachdem er in der Vorkühlzone 4 vorgekühlt worden ist, wobei die Vorkühlung durchgeführt wird, indem durch die Vorkühlzone 4 Vorkühlluft PA hindurchgeleitet wird, die fast Normaltempe ratur hat und vorzugsweise ein Teil der entfeuchteten Luft SA mit äußerst geringem Feuchtigkeitsgehalt ist. Als Teil der Vor kühlluft PA kann Außenluft eingeleitet werden, die vorzugswei se eine niedrige Temperatur und einen geringen Feuchtigkeits gehalt hat.

Beim Entfeuchtungsvorgang wird zuerst in der zweiten Entfeuch tungszone 3 die Luft mit geringem Feuchtigkeitsgehalt, d. h., die Luft, die in der ersten Entfeuchtungszone 2 in beträchtli chem Maße entfeuchtet worden ist, weiter entfeuchtet, bis der erforderliche niedrige Taupunkt erzielt worden ist. Dann ist der Rotorabschnitt, der etwas Feuchtigkeit enthält, die gera de in der zweiten Entfeuchtungszone 3 sorbiert worden ist, im stande, in der ersten Entfeuchtungszone 2 einen beträchtlichen Anteil der Feuchtigkeit zu sorbieren, die in der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft enthalten ist.

Wenn beim Reaktivierungsprozeß entfeuchtete Luft, die zuerst zum Vorkühlen verwendet worden ist und deren Temperatur infol gedessen angestiegen ist, durch die Reaktivierungsluft-Heizein richtung 8 erhitzt und als Reaktivierungsluft RA verwendet wird, ist ihre relative Feuchtigkeit niedriger und infolgedes sen die Reaktivierungswirkung größer als in dem Fall, daß nur Außenluft erhitzt und als Reaktivierungsluft verwendet wird. Die Reaktivierung kann in einem Schritt durchgeführt werden, wie es in Beispiel 1 gezeigt ist, und kann auch vorzugsweise in zwei Schritten durchgeführt werden, wie es vorstehend in den Beispielen 2 und 3 gezeigt wurde, bei denen die zweite Re aktivierungszone 11 und die erste Reaktivierungszone 5 bereit gestellt werden, um die Desorption und die Reaktivierung in zwei Schritten durchzuführen. In diesem Fall kann Reaktivie rungsabluft mit ziemlich hoher Temperatur, die aus der ersten Reaktivierungszone 5 abgelassen wird, zur Reaktivierung in der zweiten Reaktivierungszone 11 wiederverwendet werden, und auf diese Weise kann Wärmeenergie gespart werden. Im Fall des vor stehend erwähnten Beispiels 2, bei dem zwei Arten von Sorp tionsmitteln zusammen verwendet werden, kann Reaktivierungsab luft, die aus der ersten Reaktivierungszone abgelassen wird und eine etwas niedrige Temperatur und eine etwas hohe Feuch tigkeit hat, jedoch noch eine ausreichend hohe Temperatur und eine ausreichend niedrige Feuchtigkeit für eine Reaktivierung in einem normalen Ausmaß behalten hat, verwendet werden, um in der zweiten Reaktivierungszone 11 ein Sorptionsmittel wie z. B. Magnesiumsilicat-Aerogel zu reaktivieren, das bei einer ver hältnismäßig niedrigen Temperatur, z. B. bei 80 bis 110°C, de sorbiert und reaktiviert werden kann. In diesem Fall kann Ab luft aus der Vorkühlzone 4, die eine hohe Temperatur und eine niedrige relative Feuchtigkeit hat, in der ersten Reaktivie rungszone 5 zum Reaktivieren eines Sorptionsmittels wie z. B. Zeolith verwendet werden, das für die Reaktivierung eine hohe Temperatur benötigt. Wenn eine Art eines Sorptionsmittels ver wendet wird oder wenn mindestens zwei Arten von Sorptionsmit teln, die fast dieselben Reaktivierungstemperaturen haben, zu sammen verwendet werden, kann die Reaktivierungszone eine ein zige Zone sein, wie es in Beispiel 1 (Fig. 1) gezeigt ist.

In den Beispielen 1 und 3 (Fig. 1 und 4) ist veranschaulicht, daß in dem Sorptionsrotor Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft nach oben und Reaktivierungsluft nach unten, d. h., in entgegen gesetzter Richtung, strömt. Diese Richtungen können durch die entsprechende Anordnung der Rohrleitungswege nach Belieben ver ändert werden. Vom Standpunkt der Ausnutzung von Abwärme ist jedoch der Wirkungsgrad der Entfeuchtung höher, wenn Prozeß luft bzw. zu behandelnde Luft und Reaktivierungsluft in zuein ander entgegengesetzter Richtung strömen.

Was die Strömung der Reaktivierungsluft in dem Sorptionsrotor betrifft, so sinkt die Temperatur der Reaktivierungsluft deut lich, während sie durch die Reaktivierungszone hindurchströmt, und ihr Reaktivierungsvermögen nimmt in der Nähe des Auslasses schnell ab, wie durch die Linie 5 in Fig. 7 gezeigt wird. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Reaktivierungszone in die er ste Reaktivierungszone 5 und die zweite Reaktivierungszone 11 einzuteilen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, und die Strömungs richtungen der Reaktivierungsluft in den Reaktivierungszonen einander entgegengesetzt zu wählen. Der Temperaturabfall der zwei Reaktivierungslüfte wird derart, wie es in Fig. 7 durch die Vollinie 5 und die strichpunktierte Linie 11 gezeigt ist. Wenn die Erhitzungswirkungen der zwei Reaktivierungslüfte ad diert werden, sinkt die Temperatur nicht extrem vom Einlaß (Auslaß) zum Auslaß (Einlaß), was bedeutet, daß die Reaktivie rung in dem gesamten Bereich in ausreichendem Maße und fast gleich durchgeführt wird.

Bei dem Sorptionsprozeß, z. B. bei dem Prozeß der Entfeuchtung von Luft mit verhältnismäßig hohem Feuchtigkeitgehalt durch ein Sorptionsmittel, wird vorgeschlagen, die Querschnittsflä che der ersten Sorptionszone 2 auszudehen und die der zweiten Sorptionszone 3 zu vermindern, so daß die Feuchtigkeit, die in der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft enthalten ist, zuerst größtenteils sorbiert wird, während die Luft langsam durch die erste Sorptionszone 2 hindurchströmt, und daß dann eine gerin ge Feuchtigkeitsmenge, die in der Prozeßluft mit einem niedri gen Feuchtigkeitsgehalt zurückgeblieben ist, sorbiert wird, während die Luft schnell durch die zweite Sorptionszone 3 hin durchströmt. Auf diese Weise kann ohne Anwendung einer Kühl einrichtung 10 wirksam trockene Luft erhalten werden.

Der in Beispiel 3 (Fig. 4 und 5) erwähnte untere Abschnitt des Sorptionsrotors 1 besteht hauptsächlich aus Magnesiumsilicat- Aerogel, d. h., aus einem Sorptionsmittel mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Entfeuchtungsvermögen, das bei einer ver hältnismäßig niedrigen Temperatur desorbiert und reaktiviert werden kann, und der obere Abschnitt des Sorptionsrotors ist aus dem Magnesiumsilicat-Aerogel und einem Sorptionsmittel wie z. B. Zeolith, das einen äußerst hohen Wirkungsgrad der Ad sorption von Feuchtigkeit, die in niedriger Konzentration in Luft enthalten ist, hat und bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur desorbiert und reaktiviert wird, gebildet. Wenn bei einem Entfeuchtungsprozeß mit einem solchen Sorptions- bzw. Entfeuchtungsrotor Prozeßluft bzw. zu behandelnde Luft von un ten eingeleitet wird, wird ein beträchtlicher Anteil der Feuchtigkeit, die in der Prozeßluft bzw. zu behandelnden Luft enthalten ist, im unteren Abschnitt des Entfeuchtungsrotors durch Magnesiumsilicat-Aerogel adsorbiert und entfernt, und dann wird die restliche Feuchtigkeit im oberen Abschnitt des Entfeuchtungsrotors hauptsächlich durch Zeolith usw. weiter adsorbiert. Auf diese Weise kann Feuchtigkeit, die in der Luft enthalten ist, weiter adsorbiert und entfernt werden, um eine Luft mit äußerst niedrigem Taupunkt zu erhalten. Wenn beim De sorptionsprozeß die Reaktivierungsluft von oben eingeleitet wird, nimmt zwar die Temperatur dieser Reaktivierungsluft all mählich ab, während sie durch die kleinen Kanäle des Entfeuch tungsrotors hindurchströmt, jedoch wird im oberen Abschnitt des Entfeuchtungsrotors ein Sorptionsmittel wie z. B. Zeolith, das für die Desorption und für die Aktivierung eine verhält nismäßig hohe Temperatur benötigt, durch Reaktivierungsluft mit hoher Temperatur reaktiviert, und dann wird im unteren Ab schnitt des Entfeuchtungsrotors Magnesiumsilicat-Aerogel, das für die Desorption und für die Aktivierung eine verhältnismä ßig niedrige Temperatur benötigt, durch Reaktivierungsluft, de ren Temperatur etwas vermindert ist, reaktiviert. Auf diese Weise kann die Reaktivierungswärmeenergie wirksam ausgenutzt werden.

Bei der Sorption aktiver Gase durch feste Sorptionsmittel, wozu die vorstehend beschriebenen Fälle der Entfeuchtung gehö ren, besteht im allgemeinen die Neigung, daß die Sorptionsge schwindigkeit um so höher ist, je niedriger die Temperatur ist, und daß die Sorption um so schwerer vonstatten geht und die De sorptionsreaktion um so weiter fortschreitet, je höher die Tem peratur ist. Infolgedessen kann auch in den Fällen der Sorp tion aktiver Gase, die von Wasserdampf verschieden sind, genau dieselbe Wirkung erzielt werden, indem ein Sorptionsmittel oder eine Kombination von Sorptionsmitteln, das oder die für jedes zu sorbierende aktive Gas geeignet ist, gewählt wird.

Bei einem Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas mit ei nem Sorptionsrotor (1) zum Sorbieren von aktivem Gas, sektor artigen Bauteilen (S), Rohrleitungen und Gebläsen (6, 7, 9)
hat der Sorptionsrotor eine zylindrische Wabenstruktur, wobei auf der Oberfläche vieler kleiner Kanäle in der Wabenstruktur ein oder mehr als ein Sorptionsmittel für aktives Gas frei liegt, und
teilen die sektorartigen Bauteile den Sorptionsrotor in zwei oder mehr als zwei Sorptionszonen (2, 3), eine Vorkühlzone (4) und eine oder mehr als eine Reaktivierungszone (5; 5, 11) ein,
wobei in zwei Sorptionszonen aufeinanderfolgend ein inertes Gas wie z. B. eine Prozeßluft bzw. eine zu behandelnde Luft (TA) eingeleitet wird, um ein oder mehr als ein aktives Gas wie z. B. Wasserdampf, das in dem inerten Gas enthalten ist, zu entfer nen, und
beispielsweise entfeuchtete Luft (SA) von etwa -80°C unter An wendung eines Entfeuchtungsrotors geliefert werden kann.

Claims

1. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas aus einem Prozeßgas mittels eines mit einer Antriebseinrichtung, einem feststeheneden Gehäuse und Dichtungen ausgestatteten Sorptionsrotors (1),
der eine zylindrische Form mit vielen kleinen Kanälen hat, die zwischen entgegengesetzten Endflächen hindurchgehen und auf ihrer Oberfläche ein Sorptionsmittel für das aktive Gas enthalten,
der durch am Gehäuse in der Nähe seiner beiden Endflächen angebrachte sektorartige Bauteile in verschiedenen Zonen unterteilt ist, die während der Rotation des Rotors jeweils der Reihe nach als mindestens zwei Sorptionszonen (2, 3), eine Vorkühlzone (4) und mindestens eine Reaktivierungszone (5, 11) wirken und,
der Rohrleitungen enthält, über die das Prozeßgas in die erste Sorptionszone ein- und aus der letzten Sorptionszone abgeführt wird und Vorkühlluft in die und aus der Vorkühlstufe geführt und vor Einleitung in die mindestens eine Reaktivierungszone jeweils über Heizeinrichtungen (8, 12) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten Sorptionszone nachgeschaltete(n) Sorptionszone(n) mit der jeweils vorgeschalteten Sorptionszone verbunden ist (sind), so daß jeweils mindestens zwei Sorptionszonen von demselben Prozeßgas nacheinander durchströmt werden.

2. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zwischen zwei Sorptionszonen eine Kühleinrichtung (10) geschaltet ist.

3. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsgerät ein Entfeuchtungsgerät ist.

4. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel für aktives Gas ein Absorptionsmittel ist.

5. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel für aktives Gas ein Adsorptionsmittel ist.

6. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel eine Mischung aus einem Adsorptionsmittel mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas und einem Adsorptionsmittel mit außerordentlich hohem Adsorptionsvermögen für in geringer Konzentration in inertem Gas enthaltenes aktives Gas ist.

7. Sorptionsgerät zum Sorbieren von aktivem Gas nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel mit gewöhnlichem bzw. durchschnittlichem Adsorptionsvermögen für aktives Gas aus Kiesel-Aerogel und Metallsilicat-Aerogelen ausgewählt ist, und das Adsorptionsmittel mit außerordentlich hohem Adsorptionsvermögen für in geringer Konzentration in inertem Gas enthaltenes aktives Gas ein Zeolith ist.