DE19817546A1

DE19817546A1 - Removal of undesirable components from a gas stream by adsorption

Info

Publication number: DE19817546A1
Application number: DE1998117546
Authority: DE
Inventors: Ralf Moog
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-10-21

Abstract

Removal of undesirable components from a gas stream by adsorption uses a molecular sieve formed by adsorptive pellets through which heating wires are threaded. A molecular sieve in the form of loose pellets (8), together with catalytic particles, is sandwiched between two layers (9) of foamed ceramic that is porous, heat resistant and electrically insulating. Heating wire (13) is threaded in a regular pattern through the pellets, passing over ceramic tubes (11). Intermediate spacers could also be provided. Several layers of heating wire could be used. Power to these wires is supplied at 230 or 400 volts, avoiding the need for a transformer. The edges are closed by layers of non-fibrous material (4,6) as electrical insulators and fibrous, flexible, material (3,5) for sealing and compensation for thermal expansion. The assembly is contained in a stainless steel housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung unerwünschter Beimengungen eines Gases durch Adsorption und Desorption gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for removing undesirable additives a gas by adsorption and desorption according to the preamble of Claim 1.

Eine gattungsbildende Vorrichtung ist aus der DE 44 23 329 A1 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus einem nichtmetallischen gasdurchlässigen und wickelbaren Trägerelement in Form eines aus Glasgarn gestrickten Bandes, das mit einem zeolithischen Molekularsieb in Pulverform beschichtet ist und in dieser adsorptiv wirkenden Schicht Katalysematerial, vorzugsweise Platin implantiert ist und das so beschichtete Glasgarnband sandwichartig mit einem elektrisch beheizbaren metallischen Gewebeband verbunden ist und zusammen mit dem die gleiche Breite aufweisenden Glasgarnband hochkantstehend zu einer ein Mittelloch aufweisenden Scheibe ausgebildet ist und diese Scheibe in einem einen zu- und abführenden Kanal aufweisenden Gehäuse angeordnet ist.A generic device is known from DE 44 23 329 A1. This known device consists of a non-metallic gas permeable and winding support element in the form of a ribbon knitted from glass yarn, which with a zeolitic molecular sieve is coated in powder form and in this adsorptive layer catalytic material, preferably platinum is implanted and the glass thread tape coated in this way is sandwiched with an electrically heated one metallic fabric tape is connected and together with the same width having glass yarn ribbon upright to a having a center hole Disc is formed and this disc in a supply and discharge channel having housing is arranged.

Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die in das Glasgarnband einzubringende Menge an Zeolith begrenzt ist und deshalb die theoretisch mögliche Beladungskapazität für einige Anwendungsfälle ungenügend ist, auch unter dem Aspekt des ungünstigen Verhältnisses von Beladungszeit zu Desorptionszeit.This known device has the disadvantage that in the glass yarn ribbon amount of zeolite to be introduced is limited and therefore the theoretically possible Loading capacity is insufficient for some applications, even under the Aspect of the unfavorable ratio of loading time to desorption time.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Entfernung unerwünschter Beimengungen eines Gases durch Adsorption und Desorption zu schaffen, deren theoretisch mögliche Beladungskapazität erheblich größer ist im Vergleich zum bekannten Stand der Technik und die bei etwa gleichem Bauvolumen und Gasdurchsatz ein günstigeres Verhältnis von Beladungszeit zu Desorptionszeit aufweist.The object of the invention is a device for removing unwanted To create admixtures of a gas through adsorption and desorption, the theoretically possible loading capacity is significantly larger compared to known prior art and the approximately the same volume and Gas throughput a more favorable ratio of loading time to desorption time having.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.This task is based on the generic term in conjunction with the characterizing features of claim 1 solved. Beneficial Further training is part of subclaims.

Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik ist zwischen dem den Adsorber mäanderförmig durchziehenden als elektrische Widerstandsheizung ausgebildeten Heizelement das zeolithische Molekularsieb, in Form von losen Pellets angeordnet, und der so aufgebaute Adsorber elektrisch und thermisch isoliert im Gehäuse angeordnet.In contrast to the known prior art, the adsorber is between the two meandering through trained as an electrical resistance heater Heating element the zeolitic molecular sieve, arranged in the form of loose pellets, and the adsorber thus constructed is electrically and thermally insulated in the housing arranged.

Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß pro Bauvolumen des Adsorbers erheblich mehr zeolithisches Material unterzubringen ist im Vergleich zur bekannten Anordnung. Die Herstellung eines solchen Adsorbers wird auch vereinfacht, da das zeolithische Molekularsieb in loser Form zwischen das Heizelement geschüttet wird. Die aufwendige Technik zur Applikation des zeolithischen Pulvers entfällt hier. Als wesentlich hat sich bei den Untersuchungen und Meßreihen herausgestellt, daß der eigentliche Adsorber, d. h. die Pellets und das Heizelement ausreichend gegen thermische Abstrahlung geschützt sein und die Bildung von Bypässen unbedingt vermieden werden muß. Dazu wird vorgeschlagen, auf der Roh- und Reingasseite ein das Adsorptiv abdeckendes, durchströmbares, hitzebeständiges und elektrisch und thermisch isolierendes Element anzuordnen. Vorzugsweise ist dieses Element eine Schaumkeramik. Blähton oder eine Schüttung aus isolierenden Materialien sind ebenfalls geeignet. Bei der Bemessung der Querschnitte der Abdeckung und des Adsorptivs ist darauf zu achten, daß der sich ergebende Druckverlust für das zu durchströmende Gas in einer zulässigen Größenordnung bleibt, so daß mit handelsüblichen Ventilatoren die erforderliche Gasströmung erzeugbar ist. Im Mantelbereich des Adsorbers wird ein festes hitzebeständiges und elektrisch sowie thermisch isolierendes Element angeordnet. Vorzugsweise besteht dieses Element aus einer Abfolge von filamentösen und nichtfilamentösen Materialien. Das Heizelement kann ein Gewebeband oder ein Stab oder Rohr sein. Sie werden mäanderförmig durch den Adsorber geführt, wobei die Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Abstandes zwischen den einzelnen Windungen von großer Bedeutung ist. Nur so kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Adsorber sichergestellt werden. Im Umlenkbereich des Heizelementes muß für eine entsprechende gut funktionierende elektrische Isolierung gesorgt werden. Dies kann ein Keramikröhrchen oder ein Abstandshalter sein. Vorzugsweise wird das Heizelement an eine genormte Nennspannung, z. B. 230 oder 400 Volt angelegt, um die Installation eines teuren Transformators zu vermeiden.The advantage of this arrangement is that considerably more per construction volume of the adsorber To accommodate zeolitic material is compared to the known arrangement. The Production of such an adsorber is also simplified because the zeolite Molecular sieve is poured in bulk between the heating element. The elaborate technology for the application of the zeolitic powder is omitted here. As It has been found in the investigations and series of measurements that the actual adsorbers, d. H. the pellets and the heating element sufficiently thermal radiation and the formation of bypasses are essential must be avoided. For this it is proposed to enter on the raw and clean gas side the adsorptive covering, flowable, heat-resistant and electrical and to arrange thermally insulating element. This element is preferably a Foam ceramic. Expanded clay or a bed of insulating materials also suitable. When dimensioning the cross sections of the cover and the Adsorptivs is to ensure that the resulting pressure drop for the flowing gas remains in a permissible order of magnitude, so that with commercially available fans the required gas flow can be generated. in the Jacket area of the adsorber becomes a solid heat-resistant and electrical as well arranged thermally insulating element. This element preferably consists from a sequence of filamentous and non-filamentous materials. The The heating element can be a fabric band or a rod or tube. you will be meandering through the adsorber, maintaining a constant distance between the individual turns of large Meaning is. This is the only way to ensure an even temperature distribution in the adsorber be ensured. In the deflection area of the heating element for one appropriate well-functioning electrical insulation can be provided. This can a ceramic tube or a spacer. Preferably that is Heating element to a standardized nominal voltage, e.g. B. 230 or 400 volts applied to avoid installing an expensive transformer.

Die bekannte katalytische Verbrennung der desorbierten unerwünschten Beimengungen des Gases kann direkt im Element erfolgen. Dazu wird ortsgleich im Adsorber das katalytische Material, vorzugsweise aus Platin, plaziert. Alternativ kann dem Adsorber ein Katalysator nachgeschaltet werden, beispielsweise in der Form, wie er aus dem anfänglich erörterten Stand der Technik DE 44 23 329 A1 bekannt ist.The well-known catalytic combustion of the desorbed undesirable The gas can be added directly to the element. For this, the same place in Adsorber the catalytic material, preferably made of platinum. Alternatively, you can a catalyst can be connected downstream of the adsorber, for example in the form of it is known from the initially discussed prior art DE 44 23 329 A1.

In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen:In the drawing, the invention is based on an embodiment trained device explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht mit Teilaufbruch einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, Fig. 1 is a plan view, partially awakening to a first embodiment of an inventive device,

Fig. 2 eine Seitenansicht mit Teilaufbruch von Fig. 1, Fig. 2 is a side view with partial departure from Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt des Details Z von Fig. 1, Fig. 3 shows a detail of the detail Z of Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht mit Teilaufbruch einer zweiten Ausführungsform, Fig. 4 is a plan view, partially awakening to a second embodiment,

Fig. 5 eine Seitenansicht mit Teilaufbruch von Fig. 4, Fig. 5 is a side view with partial departure from Fig. 4,

Fig. 6 einen Ausschnitt des Details X von Fig. 4, Fig. 6 shows a section of detail X of Fig. 4,

Fig. 7 einen Ausschnitt des Details Y von Fig. 4. Fig. 7 shows a detail of the detail Y of Fig. 4.

In Fig. 1 ist in einer Draufsicht und in Fig. 2 in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung dargestellt. Diese besteht aus einem aus einem rechteckigen Blechmantel bestehenden Gehäuse 2, an
das auf der Ober- und Unterseite je ein Anschlußflansch 1, 1'. angeordnet sind. Das Gehäuse 2 und die Anschlußflansche 1, 1' sind vorzugsweise aus einem rostfreien Edelstahl hergestellt. Im offenen Raum des Gehäuses 2 ist mäanderförmig ein das Heizelement bildendes metallisches Gewebeband 13 angeordnet. Falls erforderlich, kann im Mittenbereich ein Abstandshalter (hier nicht dargestellt) angeordnet sein, um die einzelnen Windungen des Gewebebandes 13 auf Abstand zu halten, damit es bei Erwärmung und Durchbiegung nicht zu einem erhöhten Energieeintrag pro Adsorbervolumen kommt, dessen Folgen Überhitzungsschäden oder elektrische Kurzschlüsse sein können. Auf den beiden,gegenüberliegenden Seiten sind Umlenkungen 11 vorgesehen, um das Gewebeband 13 hin- und zurückführen zu können. Vorzugsweise sind die Umlenkungen 11, wie in Fig. 3 dargestellt, als Keramikröhrchen 14 ausgebildet. Um die Umlenkung 11 in Position zu halten, ist auf beiden Seiten eine Halterung 12 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist in den sich ergebenden Zwischenräumen zwischen den einzelnen Windungen des Gewebebandes 13 das zeolithische Molekularsieb in Form von losen Pellets 8 angeordnet. An einer Seite des Gehäuses 2 ist der Anschluß 15 für die elektrische Beheizung des Gewebebandes 13 nach außen geführt. Der eigentliche Adsorber, bestehend aus Heizelement und Schüttung ist auf der Oberseite sowie auf der Unterseite durch je ein nichtbrennbares, hitzebeständiges, elektrisch und thermisch isolierendes Element 9a, 9b abgedeckt. Vorzugsweise besteht dieses Element 9a, 9b aus einer Schaumkeramik. Neben den genannten Eigenschaften muß das Element 9a, 9b auch gasdurchlässig sein. Die Eintrittsseite des Rohgases ist durch einen Pfeil 16 gekennzeichnet. Die thermische und elektrische Isolierung im Umfangsbereich des Gehäuses 2 wird an den seitlichen Mantelflächen (Fig. 6) durch ein Element aus nicht filamentösem Material 4, 6 zur elektrischen Isolation und filamentösem, flexiblem Material 3, 5 zur Aufnahme der thermischen Ausdehnung und zur Abdichtung aufgebaut. In Abhängigkeit von der benötigten thermischen Isolationswirkung kann dieses Element zweilagig aus filamentösen 3, 5 und nicht filamentösen 4, 6 Materialien oder auch einlagig aufgebaut sein. Im Bereich der stirnseitigen Mantelflächen kann dieses isolierende Element hierzu identisch aufgebaut werden (Fig. 7). Es besteht auch die Möglichkeit, die thermische Isolationswirkung der Adsorberpellets 8 selber im Bereich außerhalb der Heizelemente zur thermischen Isolation zu nutzen (Fig. 3). Damit es in diesem Randbereich nicht zur Bildung von Bypässen kommt, wird auf der Zuströmseite dieser Bereich durch ein Element 10 abgedeckt. Das Gas wird nach Durchtritt durch das obenliegende Abdeckelement 9a an dieser Stelle in Mittenrichtung umgelenkt.In Fig. 1, 2 a first embodiment of an inventive device is shown in a plan view and in Fig., In a side view. This consists of a housing 2 consisting of a rectangular sheet metal jacket
that on the top and bottom of a connection flange 1 , 1 '. are arranged. The housing 2 and the connecting flanges 1 , 1 'are preferably made of a stainless steel. A metallic fabric band 13 forming the heating element is arranged in a meandering shape in the open space of the housing 2 . If necessary, a spacer (not shown here) can be arranged in the center area in order to keep the individual turns of the fabric tape 13 at a distance, so that heating and bending do not result in an increased energy input per adsorber volume, the consequences of which are overheating damage or electrical short circuits can. Deflections 11 are provided on the two opposite sides in order to be able to guide the fabric tape 13 back and forth. The deflections 11 , as shown in FIG. 3, are preferably designed as ceramic tubes 14 . In order to hold the deflection 11 in position, a holder 12 is provided on both sides. According to the invention, the zeolitic molecular sieve is arranged in the form of loose pellets 8 in the resulting spaces between the individual turns of the fabric belt 13 . On one side of the housing 2 , the connection 15 for the electrical heating of the fabric tape 13 is guided to the outside. The actual adsorber, consisting of heating element and bed, is covered on the top and on the bottom by a non-combustible, heat-resistant, electrically and thermally insulating element 9 a, 9 b. This element 9 a, 9 b preferably consists of a foam ceramic. In addition to the properties mentioned, the element 9 a, 9 b must also be gas-permeable. The inlet side of the raw gas is identified by an arrow 16 . The thermal and electrical insulation in the peripheral region of the housing 2 is built up on the lateral lateral surfaces ( FIG. 6) by an element made of non-filamentous material 4 , 6 for electrical insulation and filamentous, flexible material 3 , 5 for absorbing the thermal expansion and for sealing . Depending on the thermal insulation effect required, this element can be constructed in two layers from filamentous 3 , 5 and non-filamentous 4 , 6 materials or also in one layer. For this purpose, this insulating element can be constructed identically in the area of the frontal lateral surfaces ( FIG. 7). There is also the possibility of using the thermal insulation effect of the adsorber pellets 8 themselves in the area outside the heating elements for thermal insulation ( FIG. 3). So that bypasses do not form in this edge area, this area is covered on the inflow side by an element 10 . After passing through the cover element 9 a at the top, the gas is deflected at this point in the center direction.

In Fig. 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind. Der-entscheidende Unterschied zur in Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform ist darin zu sehen, daß statt eines Gewebebandes Heizstäbe bzw. Heizrohre 7 als Heizelement verwendet werden. Auch dieses Heizelement windet sich mäanderförmig durch das Gehäuse 2. Die elektrische und thermische Isolierung sowohl der Ober- als auch der Unterseite sowie im Umfangsbereich ist gleich wie bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, so daß sich ein nochmaliges Eingehen darauf erübrigt.In Figs. 4 and 5, a second embodiment is shown, have been being used for identical parts the same reference numerals. The decisive difference from the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is the fact that heating rods or heating tubes 7 are used as the heating element instead of a fabric band. This heating element also meanders through the housing 2 . The electrical and thermal insulation of both the top and the bottom and in the peripheral area is the same as in the embodiment shown in FIGS . 1 and 2, so that there is no need to go into it again.

In Fig. 7 ist ein Ausschnitt des Details Y von Fig. 4 dargestellt. In dieser Darstellung kann man die Umlenkung des Heizstabes bzw. Heizrohres 7 gut erkennen. Für die Umlenkung ist zwischen der filamentösen Isolierung 5 und der Schüttung 8 eine Umlenkplatte 17 angeordnet. FIG. 7 shows a detail of the detail Y from FIG. 4. In this representation, the deflection of the heating element or heating tube 7 can be clearly seen. For the deflection, a deflection plate 17 is arranged between the filamentous insulation 5 and the bed 8 .

Claims

1. Device for removing undesirable admixtures of a gas by adsorption and desorption, consisting of a solid, heatable to process temperature, non-flammable, as an adsorber and provided with a zeolitic molecular sieve and an integrated heating element formed element, which in a with a supply and discharge channel Provided housing is arranged through which the gas loaded with undesirable admixtures can be supplied and the cleaned gas can be removed, the cross section of the housing being several times larger than the cross section of the supply and discharge channel, characterized in that between the adsorber is meandering through the heating element ( 7 , 13 ) designed as an electrical resistance heater, the zeolitic molecular sieve is arranged in the form of loose pellets ( 8 ) and the adsorber thus constructed is arranged in the housing ( 2 ) in an electrically and thermally insulated manner.

2. Device according to claim 1, characterized in that the adsorber on the raw and the clean gas side is covered by a flowable, heat-resistant and electrically insulating element ( 9 a, 9 b).

3. Device according to claim 2, characterized, that the element is made of foam ceramic.

4. The device according to claim 2, characterized, that the element consists of expanded clay.

5. The device according to claim 2, characterized, that the element consists of a bed of insulating material.

6. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the adsorber is covered in the peripheral region by a heat-resistant and electrically and thermally isolating the and flexible element ( 3-6 ).

7. The device according to claim 6, characterized, that the element consists of layers of different materials.

8. Device according to claims 6 and 7, characterized in that the element consists of a sequence of filamentous ( 3 , 5 ) and non-filamentous ( 4 , 6 ) materials.

9. Device according to one of claims 1-8, characterized in that the heating element consists of a meandering wound upright metallic fabric band ( 13 ), wherein one or more layers of the heating element can be arranged above the adsorber height.

10. The device according to claim 9, characterized in that in the central region of the adsorber one or more individual windings of the fabric band ( 13 ) are spaced spacers.

11. The device according to claim 9, characterized in that a ceramic tube ( 14 ) is arranged in the deflection region of the fabric belt.

12. Device according to one of claims 1-8, characterized in that the heating element consists of a meandering bent rod or tube ( 7 ) in one or more layers one above the other.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that an electrically insulating spacer ( 17 ) is arranged in the deflection region of the rods.

14. Device according to one of claims 1-13, characterized in that a standardized nominal voltage of 230 volts or 400 volts is applied to the heating element ( 7 , 13 ).

15. The device according to any one of claims 1-14, characterized, that the zeolitic molecular sieve is coated with a catalytic layer.

16. Device according to one of claims 1-14, characterized in that the zeolitic molecular sieve in the form of loose pellets ( 8 ) catalytically active pellets are added.

17. The device according to any one of claims 1-14, characterized, that the adsorber is followed by a catalyst.