DE4331586A1

DE4331586A1 - Agglomerate aus Körnern mit spezifischen Eigenschaften

Info

Publication number: DE4331586A1
Application number: DE4331586A
Authority: DE
Inventors: Hasso Von Bluecher; Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2013-09-18
Also published as: DE4331586C2

Description

Unter körnigen Teilchen mit spezifischen Eigenschaften sind in erster Linie Adsorberteilchen, Ionenaustauscher und Katalysatoren zu verstehen, wobei diese Teilchen meist als Schüttung eingesetzt werden. Dabei muß für die Teil chengröße ein Kompromiß in Kauf genommen werden; wegen der größeren, äußeren Oberfläche, aber auch wegen der kürzeren Wege im Korn, wären kleine Teilchen zwar wünschenswert, aber sie würden zu einem viel zu hohen Strömungswiderstand der Schüttung führen.

Diese Probleme sind beispielsweise den Betreibern von Aktivkohle-Schüttfil tern sehr wohl bekannt; wegen der zwecks Erreichen eines wirtschaftlichen Druckverlustes größeren Teilchen, wird oft ein beträchtlicher Teil der theore tisch vorhandenen Kapazität nicht genutzt.

Ähnliche Probleme treten bei der Wasserreinigung mit Ionenaustauschern auf, wo der Strömungswiderstand durch große Querschnitte wettgemacht werden muß. Bei porösen Polymeren kommt noch hinzu, daß diese in Lösungsmitteln oft erheblich quellen und deshalb bei der Lösemittelrückgewinnung nicht als Schüttung eingesetzt werden können.

Ionenaustauscher und poröse Polymeradsorber werden grundsätzlich durch Polymerisation von Emulsionen bzw. Dispersionen hergestellt. Dabei resultie ren Kügelchen mit Durchmessern von ca. 0,1-1 mm. Schüttungen von solchen Materialien haben einen erheblichen Durchströmungswiderstand. Dieser nimmt mit breiter werdender Korngröße zu, weil die Hohlräume zwischen den größeren Kügelchen durch kleinere z. T. aufgefüllt werden. Man hat deshalb versucht, durch sehr enge Teilchengrößenverteilung den beim Durchströmen auftretenden Druckverlust in Grenzen zu halten. Die Herstellung von sehr en gen Korngrößenverteilungen bedeutet aber, daß für das immer auftretende Unterkorn wirtschaftliche Anwendungen gefunden werden müssen.

In der EP 0340542 wird für das Entfernen von Schadstoffen aus Luftströmen bei sehr geringem Druckverlust ein System vorgeschlagen, welches grund sätzlich auch für Flüssigkeiten anwendbar ist: um die günstige Kinetik kleiner Adsorberteilchen nutzen zu können, ohne einen hohen Druckverlust in Kauf nehmen zu müssen, werden die Teilchen mit Hilfe einer Haftmasse auf ein dreidimensionales Trägersystem aufgebracht, dessen Öffnungen den Druck verlust bestimmen. Das System hat neben Vorteilen auch Nachteile: es ist nicht für Schüttungen geeignet und sowohl die Haftmasse als auch das Trä gersystem können Schwachstellen sein.

Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu entwickeln, welches für Schüttungen geeignet ist, ohne die genannten Nachteile aufzuwei sen. Die erfindungsgemäße Lösung des Problems sind Agglomerate aus klei nen Teilchen, wobei die Agglomerate unregelmäßig, aber gegebenenfalls auch kugelförmig sein können. Eine daraus hergestellte Schüttung hat grund sätzlich zweierlei Hohlräume: kleine zwischen den Teilchen des Agglomerats und größere zwischen den Agglomeraten. Das Schüttgewicht eines Agglome rats ist meist um 20-30% niedriger als das der nicht agglomerierten Teilchen, und die Luftdurchlässigkeit ist wesentlich höher. Bei Agglomeraten aus Aktiv kohle wurde bei gleicher Leistung eine achtmal höhere Luftdurchlässigkeit ge funden als bei der Schüttung aus nicht agglomerierten Teilchen.

Die erfindungsgemäßen Agglomerate können aus den verschiedensten Teil chen für zahlreiche Anwendungen mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden. Allen gemeinsam ist die Idee, mit kleinen Teilchen Schüttungen her zustellen, die trotz kleiner, für die Kinetik und Kapazität so günstigen Teilchen größen, einen niedrigen Strömungswiderstand aufweisen.

Anwendungen sind katalytische Prozesse, Reinigung von Flüssigkeiten, insbe sondere die Wasserreinigung, das Entfernen von Stoffen aus Gasströmen, beispielsweise die Lösungsmittelrückgewinnung und der Emissions- und Imis sionsschutz. Es folgt die Beschreibung einiger Herstellungsverfahren, die als Beispiele, nicht als Einschränkung zu sehen sind.

Beispiel 1

Nach US 3,917,806 wurden vorerst Aktivkohlekügelchen hergestellt. Die Her stellung umfaßt das Vermischen eines (Steinkohlenteer) Pechs mit einem Vis kositätsminderer, die Herstellung der Pechkügelchen, die Extraktion des Vis kositätsminderers, das Unschmelzbarmachen durch Oxidation und das Schwelen und Aktivieren. Sodann wurde ein Gemisch aus 15 Teilen Aktivkoh lekügelchen und einem Teil noch nicht oxidierter, also noch erweichungsfähi ger Kügelchen hergestellt und unter leichtem Druck auf 180°C erhitzt. Nach Abkühlen wurden "Brombeeren" erhalten, die etwa den 3-4fachen Durchmes ser der Kügelchen hatten. Durch Oxidation wurden die zentralen Kügelchen unschmelzbar gemacht und leicht geschwelt. Die Schüttung aus den Agglo meraten hatte einen sechsmal kleineren Strömungswiderstand als die Schüt tung aus einzelnen Kugeln.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde mit ausgesiebter Splitterkohle (Kornkohle), Teilchengrö ße 0,8-1,2 mm, wiederholt, wobei aber der zentrale Kern wie im Beispiel 1 aus einer Pechkugel bestand. Die Ummantelung dieser Pechkohlekugel war zwar wesentlich unregelmäßiger, aber es bildeten sich nur wenige Agglomerate mit mehr als einem Kern. Die Leistung der Schüttung war vergleichbar mit jenen aus Beispiel 1.

Beispiel 3

Es ist dem Fachmann bekannt, daß die meisten Ionenaustauscher und poröse Polymere durch Emulsionspolymerisation von Styrol, dem einige % Divinyl benzol zugesetzt sind, hergestellt werden. Die öligen Tröpfchen der Emulsion, in denen die Polymerisation stattfindet, haben üblicherweise Durchmesser von 100-400 Å. Dabei wird der Prozeß so gesteuert, daß gegen Ende der Polyme risation die Tröpfchen ähnlich einer dreidimensionalen Perlenschnur zusam menwachsen, ohne ihre Form zu verlieren und dabei jene einige Zehntel mm großen Kügelchen bilden, die durch weitere Umsetzungen nach Extraktion des Öls, beispielsweise Sulfonierung und Vernetzung nach Quellung in CH₂Cl₂, die bekannten Endprodukte liefern. Beim Zusammenwachsen der Mikrokügel chen der Emulsion bleiben die Zwischenräume zwischen diesen zum Teil be stehen: es sind jene 100-500 Å große Transportporen, die die Zugänglichkeit zur " inneren Oberfläche" garantieren. Es ist weiter bekannt, daß nachdem sich die Kügelchen beginnen auszubilden, die Zugabe einer frischen Emul sion, deren Mikrokügelchen sich anlagern, ein weiteres Wachstum der Kügel chen eintritt. Es ist normalerweise Ziel eines korrekten Verfahrens, einzelne Kügelchen zu produzieren, also deren Zusammenwachsen zu vermeiden. Da für stehen chemische (Beeinflussung der Tensiden) und strömungstechnische Wege zur Verfügung. Schwächt man diese Möglichkeiten gezielt ab, entste hen Agglomerate von Kügelchen. Wird dieses Ziel überschritten, bilden sich ganze Blöcke aus, was natürlich unerwünscht ist. Da die Voraussetzungen zur Bildung von Agglomeraten der gewünschten Größe von Fall zu Fall unter schiedlich sind und zahlreiche Parameter zu berücksichtigen sind, gibt es kein fertiges Rezept. Dem Fachmann soll hiermit lediglich der Weg zu Agglomera ten aufzeigt werden.

Claims

1. Agglomerate aus Teilchen mit spezifischen Eigenschaften, dadurch ge kennzeichnet, daß die Teilchen eine Größe von 0,1 bis 5 mm, bevorzug ter Weise von 0,1 bis 2 mm, haben, daß die freien Zwischenräume zwi schen den Teilchen eine Weite von 10% bis 100% der Teilchengröße auf weisen, und daß die Agglomerate eine Größe von mindestens zwei, be vorzugterweise mindestens dreimal, jene der Teilchen besitzen.

2. Agglomerate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Ak tivkohleteilchen aufgebaut sind.

3. Agglomerate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus "po rösen Polymeren" bzw. "Polymeradsorbern" aufgebaut sind.

4. Agglomerate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Ionenaustauschern aufgebaut sind.

5. Agglomerate nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch leichten Druck und Erwärmung Aktivkohleteilchen um ein etwa gleichgro ßes Teilchen aus Steinkohlenpech bzw. Petroleumpech angeordnet und zum Haften gebracht werden, und daß das Pechteilchen durch Oxidation unschmelzbar gemacht wird und in Aktivkohle umgesetzt wird.

6. Agglomerate nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil chen kugelförmig sind.

7. Agglomerate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Emulsion, welche in der öligen Phase im wesentlichen Styrol und Divinyl benzol enthält, poröse Polymerkügelchen von 0,1 bis 2 mm gewonnen werden und diese durch Hinzufügen von frischer Emulsion zu Agglomera ten polymerisieren.

8. Agglomerate nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglo merate in Kationenaustauschern umgesetzt werden.

9. Agglomerate nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglo merate in Polymeradsorber umgesetzt werden.

10. Agglomerate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Emulsion, welche in der öligen Phase Styrol und Acrylsäure bzw. Derivat dieser enthält , poröse Polymerkügelchen von 0,1 bis 1 mm gewonnen werden und diese durch Hinzufügen von frischer Emulsion zu Agglomera ten polymerisieren.

11. Agglomerate nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglo merate in Kationen- oder Anionenaustauscher umgesetzt werden.

12. Agglomerate nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglo merate in Polymeradsorber umgesetzt werden.

13. Schüttungen mit hoher Adsorptionsleistung und niedrigem Druckverlust, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Agglomeraten nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bestehen.