DE19706813A1 - Sorptionsstoff für Gase und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Der erfindungsgemäß hergestellte Ad- und Absorptionsstoff kann angewendet werden für die Abscheidung von Schad- oder Nutzga­ sen aus Luft oder aus Gasgemischen.

Für die Abscheidung von Schad- oder Nutzgasen aus Luft oder aus Gasgemischen werden in Abhängigkeit von den jeweiligen Rahmenbedingungen eine Vielzahl unterschiedlicher körniger oder pulvriger Adsorptionsstoffe in Form z. B. von Aktivkok­ sen, Aktivkohlen, Zeolithen und polymeren Kunststoffen oder Chemikalien und spezifisch wirkende Lösungsmittel oder Suspen­ sionen aus Wasser und partiell löslichen Adsorptionsstoffen, wie Kalkstein bzw. Löschkalk, verwendet. Die abzuscheidenden Gase werden von den genannten Stoffen durch physikalische oder chemische Bindekräfte sorbiert.

Die wesentlichsten Nachteile bei der Herstellung der bekannten Sorptionsstoffe sind der hohe verfahrenstechnische und/oder energetische Aufwand und die daraus resultierenden hohen Prei­ se. Oft fallen nicht verwertbare Ab- und/oder Nebenprodukte an. Die bekannten Sorptionsstoffe verfügen zudem teilweise über eine nur geringe Aufnahmekapazität für spezielle Gase. Nach dem Gebrauch ist ein hoher Aufwand für die Regenerierung oder Entsorgung der Sorptionsstoffe erforderlich. Einige der bekannten Sorptionsstoffe stehen nur begrenzt zur Verfügung.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Auswahl von Ad- und Absorp­ tionsstoffen (in der weiteren Beschreibung als Sorptionsstoffe bezeichnet) zu erweitern. Der erfindungsgemäße Sorptionsstoff soll in großen Mengen und billig zur Verfügung stehen und mit vergleichsweise geringem technologischen und energetischen Aufwand ohne Ab- und Nebenprodukte herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus ma­ kromolekularen Strukturbausteinen mit einem hohen erschließ­ baren Bindevermögen für Gase bestehende Pflanzenstoffe bzw. pflanzenstämmige Produkte unter geeigneten Milieubedingungen intensiv zerkleinert und in eine wäßrige Suspension überführt werden.

Es sind Pflanzenstoffe besonders geeignet, die sich in der Wachstumsphase befinden und deren Strukturbausteine noch nicht durch natürliche Reifeprozesse oder durch Trocknung auf nied­ rige Wassergehalte entaktiviert und verfestigt sind. Solche Pflanzenstoffe sind insbesondere frisches Gras, grüne Futter­ pflanzen, junge unausgereifte Getreidepflanzen.

Geeignete Pflanzenstoffe sind auch Teilprodukte und Umwand­ lungsprodukte von nachwachsenden Rohstoffen, die im Rahmen von Extraktions-, Aufschluß- und Umwandlungsreaktionen anfallen und deren Reaktivität leicht durch Zerkleinerung aktivierbar ist. Dazu gehören u. a. ausgelaugte Zuckerrübenschnitzel und ausgelaugtes Zuckerrohr.

Auch können Pflanzenstoffe als Ausgangsmaterial genutzt wer­ den, deren komplexer makromolekularer Aufbau durch biochemi­ sche Reaktionen und/oder durch Inkohlungsprozesse in reaktive und leicht aufschließbare Strukturen umwandelbar ist. Solche Stoffe sind zum Beispiel Braunkohlen mit einem hohen Huminsäu­ regehalt und für die Zerkleinerung günstigen petrographischen Bestandteilen oder durch Klassierung abgetrennte Kornfraktio­ nen von Braunkohlen.

Auch sind durch Gärung und/oder Kompostierung und damit durch Einwirkung von Bakterien und/oder Pilzen veränderte Pflanzen­ stoffe geeignet.

Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Sorptionsstoffes werden die Pflanzenstoffe einem intensiven mechanischen Auf­ schluß unterzogen, bei dem die latenten reaktiven Molekül­ strukturen freigelegt und/oder erzeugt werden. Die Pflanzen­ stoffe werden dazu einer besonders intensiven Zerkleinerung mit hoher Druck-, Schlag- und vor allem Scherbeanspruchung in einem wäßrigen Milieu unterzogen.

Bei dieser Naßaufschlußmahlung begünstigt das Wasser durch Löse- und Quellprozesse die Aufspaltung der komplexen Molekül­ verbände. Das Wasser hat zudem die Aufgabe, die während der Zerkleinerung freigelegten polarisierten und dissoziations­ fähigen Gruppen sowie die aufgebrochenen Bindekräfte durch Hydratisierung zu konservieren und vor ungewollten vorzeitigen Reaktionen mit gelöster und/oder dispergierter Feststoffsub­ stanz oder mit Gasen zu schützen.

Der Zerkleinerungsprozeß erfolgt mit hoher Intensität und über einen längeren Zeitraum. Der Aufschlußprozeß kann durch Erwär­ mung der Rohstoffe vor oder während der Mahlung sowie durch Einsatz stoffspezifischer Aufschlußhilfsstoffe verstärkt wer­ den.

Die Pflanzenstoffe werden auf eine hohe Feinheit zerkleinert, wobei ein möglichst hoher Anteil der ursprünglichen Ausgangs­ stoffe gelöst, kolloidal dispergiert und auf Partikelgrößen von vorzugsweise < 100 µm gebracht wird. Die Kornform der Partikel und die maximale Korngröße des Mahlgutes bedürfen keiner besonderen Festlegungen, vorausgesetzt, daß die gröbe­ ren Partikel ebenfalls reaktiv sind.

Für die Zerkleinerung der Pflanzenstoffe auf hohe Feinheit im wäßrigen Milieu sind z. B. Schwingmühlen und Rührwerksmühlen gut geeignet. Die Pflanzenstoffe können nach Bedarf einzeln oder in geeigneter Kombination zerkleinert werden.

Der Sorptionsstoff kann auch durch Abtrennung der feindisper­ sen Mahlgutfraktion von dem weniger reaktiven Grobgut durch Naßsiebung während oder nach der Naßmahlung hergestellt wer­ den. Der Trockensubstanzgehalt der Suspension kann über das Wasser-Rohstoff-Verhältnis bei der Mahlung und/oder durch Ver­ dünnung oder Abfiltration eines Teiles des Wassers nach dem Mahlprozeß nach Bedarf verändert werden.

Zur Abscheidung der Schadstoff- oder Nutzgase werden die Gas­ gemische in die wäßrigen Suspensionen des Sorptionsstoffes eingeleitet. Die Naßsorption erfolgt unter den für jeden An­ wendungsfall zu optimierenden Verweilzeitbedingungen. Zur Erzielung günstiger Reaktionsbedingungen werden die fein ver­ teilten Gasblasen und die Suspension in bekannter Weise turbu­ lent vermischt. Es ist vorteilhaft, die zu reinigenden Gas­ blasen während des Sorptionsprozesses z. B. durch Rührer oder durch Mahlorgane auf eine möglichst geringe Größe zu zerstö­ ren.

Die Erfindung soll nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Miozäne Weichbraunkohle mit geringem Aschegehalt von etwa 6% (d) wird als Rohkohle mit einer Rohrschwingmühle bei einem Rohkohle-Wasser-Masseverhältnis von 1 : 2 bei 40°C auf eine hohe Feinheit von 95% Masseprozent mit der Korngröße ≦ 200 µm zerkleinert. Die Kohlesuspension wird in einem Rührreaktor mit SO₂-haltiger Luft (10 000 ppm SO₂) intensiv vermischt. Das SO₂ wird vollständig durch Sorptionsprozesse aus der Luft abge­ schieden. Die Durchbruchskennlinie steigt nach vollständiger Beladung der fein dispergierten Weichbraunkohle steil bis zur Ausgangskonzentration des SO₂ in der Luft an. Es wird eine spezifische Beladung der dispergierten Kohle von 0,088 g SO₂ je Gramm Braunkohle (bezogen auf Trockensubstanz) erreicht. Der Schwefelgehalt der Braunkohle steigt durch die Aufnahme von SO₂ von 0,5% (d) vor der Abscheidung auf 2,3% nach der SO₂-Auf­ nahme an.

Beispiel 2

Die Kornfraktion 0-1 mm von einer auf etwa 0-6 mm vorzer­ kleinerten Rohbraunkohle wird mit einer Rohrschwingmühle mit Wasser bei einem Rohkohle-Wasser-Masseverhältnis von 1 : 2 bei 100°C auf eine hohe Feinheit ≦ 200 µm gemahlen. Die Kohlesus­ pension wird in einem Rührreaktor mit SO₂-haltiger Luft (10 000 ppm SO₂) vermischt. Das SO₂ wird vollständig durch Sorptions­ prozesse aus der Luft abgeschieden. Die Durchbruchskennlinie steigt nach vollständiger Beladung der fein dispergierten Weichbraunkohle steil bis zur Ausgangskonzentration des SO₂ in der Luft an. Es wird eine spezifische Beladung der dispergier­ ten Kohle von 0,095 g SO₂ je Gramm Braunkohle (bezogen auf Trockensubstanz) erreicht.

Beispiel 3

Frisches Wiesengras wird in einer Rohrschwingmühle mit Wasser bei einem Gras-Wasser-Masseverhältnis von 1 : 2,5 in eine Sus­ pension mit 4,6% Trockensubstanz überführt. Die Grassuspen­ sion wird in einem Rührreaktor mit SO₂-haltiger Luft (10 000 ppm SO₂) kontaktiert. Der Verlauf der Durchbruchskurve ist analog der Beispiele 1 und 2. Es wird eine spezifische Beladung der Graspartikel von 0,072 g SO₂ pro Gramm Trockensubstanz des Grases erreicht.

Claims (11)

1. Sorptionsstoff für Gase, bestehend aus einer feindispersen wäßrigen Suspension feinaufgemahlener Pflanzenstoffe, die sich in der Wachstumsphase befindliche, unausgereifte Grün­ pflanzen und/oder durch biochemische Prozesse veränderte Pflanzenstoffe und/oder durch Inkohlungsprozesse veränderte Pflanzenstoffe und/oder durch Extraktion und/oder chemi­ schen Aufschluß veränderte Pflanzenstoffe sein können.

2. Verfahren zur Herstellung eines Sorptionsstoffes für Gase, dadurch gekennzeichnet, daß Pflanzenstoffe, die sich in der Wachstumsphase befindliche, unausgereifte Grünpflanzen und/oder durch biochemische Prozesse veränderte Pflanzen­ stoffe und/oder durch Inkohlungsprozesse veränderte Pflan­ zenstoffe und/oder durch Extraktion und/oder chemischen Aufschluß veränderte Pflanzenstoffe sein können, in wäß­ rigem Milieu intensiv zerkleinert und dabei in eine wäß­ rige Suspension überführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als sich in der Wachstumsphase befindliche unausgereife Grünpflanzen frisches Gras, grüne Futterpflanzen und/oder junge unausgereifte Getreidepflanzen verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den durch biochemische Prozesse veränderten Pflanzenstoffen um solche handelt, die durch die Einwirkung von Bakterien und/oder Pilzen biochemisch verändert wurden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als durch Inkohlungsprozesse veränderte Pflanzenstoffe Braunkohlen mit hohem Huminsäuregehalt und für die Zerklei­ nerung günstigen petrographischen Bestandteilen und/oder durch Klassierung abgetrennte Kornfraktionen von Braunkoh­ len verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als durch Extraktion und/oder chemischen Aufschluß veränderte Pflanzenstoffe ausgelaugte Zuckerrübenschnitzel und/oder ausgelaugtes Zuckerrohr verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenstoffe unter hoher Druck-, Schlag- und/oder Scher­ beanspruchung zerkleinert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenstoffe vor oder während der Naßmahlung erwärmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenstoffe unter Zusatz von Aufschlußhilfsstoffen zer­ kleinert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension durch Naßsiebung während oder nach der Naßmah­ lung gewonnen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Naßmahlung Schwingmühlen oder Rührwerksmühlen genutzt werden.