DE4241605A1

DE4241605A1 - Adsorptionsfilter

Info

Publication number: DE4241605A1
Application number: DE19924241605
Authority: DE
Inventors: Hasso Von Bluecher; Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-06-16

Description

In der DE 38 13 563.9 A1 wird ein Adsorptionsfilter beschrieben, bei welchem kleine Adsorberteilchen auf einer dreidimensionalen Trägermatrix befestigt sind. Es wird damit höchste Wirksamkeit bei sehr niedrigem Strömungswider stand erreicht.

Die DE 37 19 418.6 C1 beschreibt ein Filtermaterial, bei welchem ein großpo riger retikulierter PUR-Schaum zuerst mit großen und danach mit kleinen Ad sorbern beladen wird, die die Zwischenräume zwischen den großen Adsorbern einnehmen.

Die DE 39 25 693 A1 beschreibt ein ähnliches System, jedoch mit dem Unter schied, daß die großen Teilchen stärkere Adsorptionskräfte entwickeln als die kleinen. In beiden Fällen wird bezweckt, daß die kleinen Teilchen dank ihrer großen (äußeren) Oberfläche für eine schnelle Adsorption sorgen, anschlie ßend aber das Adsorbat in den "Pausen" an die großen abgeben, um wieder verfügbar zu sein. Die Praxis hat aber gezeigt, daß solche Systeme bei Dauer belastung nicht die erwartete Leistung bringen, da die kleinen Teilchen sehr schnell abgesättigt werden.

In der DE 41 01 658.0 wird vorgeschlagen, die Porendurchmesser der Adsor bentien in Strömungsrichtung zu vermindern, um zuerst höher siedende, dann niedriger siedende Stoffe abzufangen. Derartige gestaffelte Filter haben sich immer dann bewährt, wenn Dämpfe sehr unterschiedlicher Adsorbierbarkeit vorliegen, bzw. wenn das Hauptfilter gegen Hochsieder, die von feinporigen Adsorbentien kaum desorbiert werden können, geschützt werden soll. Die Ver hältnisse sind anders, wenn kleine bis mittlere Mengen flüchtiger Substanzen (etwa im Bereich 10-1000 ppm) während längerer Zeit aus einem Luftstrom bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten entfernt werden sollen. Bei den - bei spielsweise in der DE 38 13 563.9 - beschriebenen Systemen steht man vor nicht miteinander in Einklang zu bringenden Forderungen. Um einen verhält nismäßig geringen Druckabfall zu haben, sollen die Öffnungen in der Träger matrix groß sein - beispielsweise ein großporiger retikulierter Schaum. Das be dingt aber eine ziemlich lange Massenübergangszone, weil die Wahrschein lichkeit (insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten), daß Moleküle nicht mit einem Adsorbensteilchen zusammenstoßen, nicht unbedeutend ist. Grundsätzlich läßt sich die Adsorptionskinetik durch Verwendung sehr kleiner Teilchen verbessern, allerdings nur zu Lasten der Kapazität.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß sehr gute Adsorptionsfilter er halten werden, wenn man einem offenporigen Filter mit relativ großen Adsor berteilchen ein feinporiges Filter mit kleinen Adsorberteilchen nachschaltet. Wird die Anordnung umgedreht, also zuerst die feinporige Filterschicht und da hinter die grobporige, stellt sich sehr schnell ein zu hoher Durchbruch ein. Die Wirkungsweise ist folgende: das großporige Filterelement, welches 80-90% der gesamten Adsorbermenge enthält, fängt 90-95% der zu adsorbierenden Stoffe ab, hat also einen Anfangsdurchbruch von 5-10%, aber dieser Zustand bleibt aufgrund der hohen Kapazität über lange Zeiträume erhalten. Die fein porige Filterschicht enthält 10-20% der gesamten Adsorbermenge. Bei alleini ger Verwendung würde sich zwar ein niedriger Anfangsdurchbruch ergeben, aber wegen der geringen Kapazität käme es bald zu einem massiven Durch bruch.

Schaltet man nun das feinporige hinter das grobporige Filter, so ist das Ange bot an Schadstoffen für das feinporige Filter über einen langen Zeitraum relativ niedrig, so daß die beschränkte Kapazität nicht mehr ins Gewicht fällt; hinge gen kommt die ausgezeichnete Adsorptionskinetik voll zum Zuge. Es resultie ren über einen langen Zeitraum nur sehr niedrige Durchbrüche. Bei der be schriebenen Anordnung wird der Druckabfall im wesentlichen durch das fein porige Filter bestimmt. Einflußgrößen sind Schichtdicke, Porengröße des Trä gers, Teilchengröße sowie Art und Dicke der Kleberschicht, womit die Adsor ber zum Haften gebracht werden. Hier hat der Fachmann die Möglichkeit, die optimale Kombination zu realisieren.

In der Praxis haben sich retikulierte PUR-Schäume, die mit kugelförmigen Ad sorbern - sowohl Aktivkohle als auch "poröse Polymere" - beladen worden sind, gut bewährt. Typische Trägerschäume für die grobporige Filterschicht haben Porendichten von 10-15 PPI, die mit Adsorbern von 0,5-1 mm bela den sind, während für die feinporige Filterschicht Schäume mit ca. 40 PPI oder mehr und Kügelchen mit ⌀ 0,1 mm gut geeignet sind. Es können aber auch feinporige Schäume mit einer dünnen Paste aus vermahlenen Adsorbern, bei spielsweise Aktivkohle, und einer Binderdispersion imprägniert werden. Eine solche ist beispielsweise in der US 3,091,550 beschrieben. Es muß dabei be achtet werden, daß der Binder die Adsorberteilchen nicht einschließt.

In vielen Fällen ist neben der reinen Adsorption auch eine Chemisorption für schwer adsorbierbare Gase erwünscht. Hierfür stehen dem Fachmann diverse imprägnierte Adsorbentien, insbesondere imprägnierte Aktivkohle, aber auch katalytisch wirksame Adsorbentien, beispielsweise mit Palladium beladene Ak tivkohle, zur Verfügung.

Beispiel

Ein retikulierter Polyurethan-Schaum (Litergewicht ca. 30 g, Porosität 10 Po ren pro inch, Dicke ca. 2 mm) wurde mit einem Gemisch, bestehend aus 1000 Teilen Impranil HS 62 und 62 Teilen Imprafix HSC (beides Produkte der Bayer AG) abgequetscht und mit Aktivkohle-Kügelchen (⌀ 0,5-0,63 mm, innere Oberfläche 1100 m²/g) bestreut. Nach Entfernung des Überschusses wurde die Haftmasse auskondensiert. Die Aktivkohle-Menge betrug 200 g/m² (Muster 1).

Ein retikulierter Polyurethan-Schaum von 1,0 mm Dicke und ca. 50 PPI wurde in Anlehnung an die US 3,091,550 imprägniert und nach Aushärtung des Bin ders auf ca. 0,6 mm Dicke komprimiert. Die Menge Aktivkohle betrug ca. 30 g/m² (Muster 2).

Die Proben wurden in einen zylindrischen Probenhalter eingespannt und mit 98,3 ppm Xylol in N₂ beaufschlagt. Geschwindigkeit des Gasstroms: 2,5 cm/s. Die Durchbruchskonzentration wurde mit einem FID gemessen. Die Tabelle gibt an, nach wieviel Sekunden ein bestimmter Durchbruch aufgetreten ist:

Aus der Tabelle geht hervor:

1. daß Muster 1 zwar einen relativ hohen Anfangsdurchbruch (1% nach 4 s) hat, aber sich der Durchbruch während längerer Zeit anschließend in Grenzen hält (3% nach 380 s);

2. daß Muster 2 einen geringeren Anfangsdurchbruch hat (1% nach 30 s), der Durchbruch aber schnell ansteigt (3% nach 120 s, 10% bereits nach 145 s);

3. daß Muster 2+1 am Anfang einen Durchbruch ähnlich Muster 2, später ähnlich Muster 1 aufweist;

4. daß Muster 1+2 im Bereich bis 10% Durchbruch etwa 3% länger hält als Muster 2+1.

Claims

1. Filtersystem hoher Luftdurchlässigkeit, bestehend aus einem dreidimen sionalen porösen Träger, an dessen Wänden und Stegen Adsorberteil chen haften, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 2 Sektionen vor liegen, deren erste aus einem grobporigen Träger mit großen Adsorber teilchen, und deren zweite aus einem feinporigen Träger mit kleinen Ad sorberteilchen besteht.

2. Filtersystem hoher Luftdurchlässigkeit, bestehend aus einem dreidimen sionalen porösen Träger, an dessen Wänden und Stegen Adsorberteil chen haften, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sektionen vorliegen, deren Trägerstrukturen in Strömungsrichtung abnehmende Porendurch messer aufweisen und mit Adsorbern abnehmender Teilchengröße bela den sind.

3. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur ein retikulierter PUR- Schaum ist.

4. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die großporige Sektion Träger mit 10- 30, insbesondere 10-15 PPI, und für die feinporige Sektion Träger mit mindestens 30, insbesondere mit mindestens 40 PPI, verwendet wer den.

5. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbentien kugelförmig sind und aus Aktivkohle oder porösen Polymeren bestehen.

6. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberschicht aus vermahlenen, mit einem Binder vermischte Adsorbentien besteht.

7. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße der Adsorberkörner 0,1 bis 1 mm und der vermahlenen Adsorber 1-100, insbesondere 1-50 µm, beträgt.

8. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber Zeolithe sind.

9. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber chemisch wirksame Im prägnierungen tragen.

10. Filtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber katalytisch wirksame Sub stanzen tragen