DE4190940B4

DE4190940B4 - Gasadsorptionselement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4190940B4
Application number: DE4190940A
Authority: DE
Inventors: Toshimi Kuma
Original assignee: SEIBU GIKEN FUKUOKA KK; Seibu Giken Co Ltd
Current assignee: SEIBU GIKEN FUKUOKA KK; Seibu Giken Co Ltd
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2011-05-01
Also published as: SE9103808D0; SE9103808L; WO1991016971A1; SE507129C2; JP2645251B2; DE4190940T; USRE41314E1; US5348922A

Abstract

Gasadsorptionselement, das zu einem Block mit vielen kleinen Kanälen, die von einer Stirnfläche zu der anderen hindurchgehen, geformt ist und bei dem an der Wand der erwähnten kleinen Kanäle hydrophobes Zeolithpulver mit hohem Siliciumdioxidgehalt auftritt.

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasadsorptionselement, das aktive Gase, die in Inertgasen wie z.B. Luft enthalten sind, insbesondere schädliche Gase wie z.B. Dampf von organischem Lösungsmittel, übelriechendes Material usw., selektiv adsorbiert und entfernt, um reine Inertgase wie z.B. Luft zu erhalten, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Zeolith wird als Molekularsieb bezeichnet und als Adsorptionsmittel verwendet, weil es hauptsächlich aus Alumosilicat besteht, und es adsorbiert selektiv Wasser und andere Gasmoleküle wie z.B. Dampf von organischem Lösungsmittel usw. gemäß dem Durchmesser der Moleküle, wobei der Unterschied im Durchmesser von Mikroporen, die durch Beseitigung von Kristallwasser gebildet werden, gut ausgenutzt wird.
Als Entfeuchtungselement ist beispielsweise in der Japanischen Patentpublikation Nr. 19548/1979 (ohne Prüfung offengelegt) ein umlaufendes Entfeuchtungselement vom Reaktivierungstyp vorgeschlagen worden, das aus einer zylindrischen Wabenstruktur besteht, die aus gewellten und laminierten Blättern von Asbestpapier, Glasfaserpapier usw. mit einem daran angebrachten Molekularsieb (4A, 13X usw.) hergestellt ist. Auch in der Japanischen Patentpublikation Nr. 240921/1988 (ohne Prüfung offengelegt) wird ein Entfeuchtungselement mit Wabenstruktur vorgeschlagen, das hergestellt wird, indem synthetischem Zeolithpulver vom A-Typ, X-Typ, Y-Typ usw. oder natürlichem Zeolithpulver wie z.B. Mordenit Bindemittel zugesetzt wird, und durch Strangpressen, Formpressen usw. geformt wird. Andererseits wird als umlaufendes Adsorptionselement, das aus der Luft Dampf von organischem Lösungsmittel, übelriechendes Gas usw. selektiv adsorbiert und abtrennt, beispielsweise in der Japanischen Patentpublikation Nr. 50068/1978 (ohne Prüfung offengelegt) ein Element mit Wa benstruktur vorgeschlagen, das aus faserartige Aktivkohle enthaltendem Papier hergestellt wird.
Der vorstehend erwähnte Zeolith, der als Molekularsieb bezeichnet wird, ist fähig, Gasmoleküle gemäß ihrem Moleküldurchmesser selektiv zu adsorbieren. Beim Adsorbieren/Abtrennen von Dampf von organischem Lösungsmittel, übelriechenden Gasen usw. aus der Luft wird jedoch zusammen mit Dampf von organischem Lösungsmittel, übelriechendem Gas usw. immer Wasserdampf adsorbiert, weil in der erwähnten Luft gleichzeitig immer Wasserdampf vorhanden ist. Der Moleküldurchmesser von Wasser beträgt 2,8 Å. Andererseits sind die von organischen Lösungsmitteln oder übelriechenden Gasen alle größer als der von Wasser, wobei z.B. der von Benzol 6,7 Å, der von Cyclohexan 6,1 Å beträgt usw. Infolgedessen ist Zeolith fähig, nur Wasser zu adsorbieren und abzutrennen, jedoch nicht fähig, bei gleichzeitigem Vorhandensein von Wasserdampf nur Dampf von organischem Lösungsmittel oder übelriechendes Gas zu adsorbieren und abzutrennen. Wasserdampf wird vielmehr bevorzugt adsorbiert, und das Adsorbieren von Dampf von organischem Lösungsmittel oder übelriechendem Gas wird durch bevorzugt adsorbierte Wassermoleküle behindert. Infolgedessen kann Zeolith Dampf von organischem Lösungsmittel oder übelriechendes Material nicht wirksam adsorbieren und abtrennen, wenn die absolute Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft hoch ist.
Aktivkohle gilt als hydrophobes Adsorptionsmittel und adsorbiert bevorzugt nichtpolare Moleküle wie z.B. Kohlenwasserstoff. Sie ist jedoch entflammbar und bringt die Gefahr mit sich, daß Feuer ausbricht, wenn zur Reaktivierung heiße Luft von mehr als 130°C verwendet wird. Ferner erzeugen einige Arten von adsorbiertem Lösungsmittel eine hohe Adsorptionswärme, und das Adsorptionselement bringt die Gefahr mit sich, daß Feuer ausbricht. Seine Anwendung ist folglich äußerst schwierig. Außerdem ist beim Regenerieren dieses Elements, dessen Wirksamkeit durch Anhaften von Öl usw. vermindert ist, nachdem es eine bestimmte Zeit lang verwendet worden ist, ein Regenerieren bei einer hohen Temperatur von etwa 300°C notwendig. Dieses aus Aktivkohle hergestellte Element hat jedoch den Nachteil, dass beim Regenerieren bei dieser hohen Temperatur heiße Luft nicht verwendet werden kann und zum Regenerieren überhitzter Wasserdampf verwendet werden sollte.
Die DE 38 19 727 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Gasadsorptionselements, bei dem Oberflächen der Matrix des Elements mit einer wäßrigen Lösung von Wasserglas, in dem synthetisiertes Zeolithpulver dispergiert ist, getränkt wird und nach Trocknen der getränkten Matrix diese in einer wäßrigen Lösung von einem oder mehreren Metallsalzen getränkt wird, um Hydrogel von Metallsilikat durch die Reaktion des Wassergases mit dem oder den Metallsalzen zu erzeugen. Das so hergestellte Gasadsorptionselement erweist sich als effektiv zur Entfernung von Feuchtigkeit aus einem Gas.
Die DE 37 28 859 A1 beschreibt ein Feuchtigkeitsaustauschelement, das eine Matrix mit vielen kleinen Kanälen aufweist, auf deren inneren Oberflächen aktives Silika-Aluminiumoxid-Aerogel aufgebracht ist, das aus 97–85% Siliciumdioxid und 3–15% Aluminiumoxid zusammengesetzt ist. Dieses Feuchtigkeitsaustauschelement ist wirksam zur Trocknung von feuchten Gasen.
Offenbarung der vorliegenden Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Gasadsorptionselement bereitgestellt, bei dem als Adsorptionsmittel Zeolith verwendet wird, dessen Siliciumdioxidgehalt erhöht ist, um hydrophobes Verhalten zu erzielen, und das zu einem Block mit vielen kleinen Kanälen geformt ist, die von einer Stirnfläche zu der anderen hindurchgehen, wobei der vorstehend erwähnte Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt an der Oberfläche der erwähnten kleinen Kanäle freigelegt ist. Bei dem Gasadsorptionselement der vorliegenden Erfindung ist seine Fähigkeit zum Adsorbieren von Wasserdampf in Inertgasen wie z.B. Luft, die Wasserdampf und Dampf von organischem Lösungsmittel und/oder übelriechendes Material enthalten, niedrig, und es adsorbiert wirksam Dampf von organischem Lösungsmittel und übelriechendes Material.
Die Zusammensetzung von Zeolith wird im Allgemeinen als xM_2/nO·Al₂O₃·ySiO₂·zH₂O gezeigt (hier ist M ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall, und n ist seine Wertigkeit, und y ≥ 1), und y beträgt im Allgemeinen 1–10. Das Adsorptionsmittel 'Zeolam A-4' von Toyo Soda Co., Ltd., das ein Zeolith von 4A-Typ ist, hat beispielsweise die Zusammensetzung 1,0 ± 0,2 Na₂O·Al₂O₃·1,85 ± 0,5SiO₂·zH₂O. Wenn Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt, dessen Siliciumdioxidgehalt so hoch ist, dass y oberhalb von 8 liegt, verwendet wird, erhält er hydrophobes Verhalten; die Fähigkeit zum Adsorbieren von Materialien mit hoher Polarität wie z.B. Wassermolekülen nimmt ab, und die Fähigkeit zum Adsorbieren von nichtpolaren Materialien oder von Materialien mit niedriger Polarität wie z.B. Dampf von organischen Lösungsmittel und übelriechendem Material nimmt zu.
Es gibt Verfahren, um Zeolith mit hohem Siliciumgehalt und mit hydrophobem Verhalten zu erzielen: Ein älteres Verfah ren ist das Entaluminieren eines üblichen Zeolithen mit einem y-Wert von 1–6; ein anderes Verfahren ist eine direkte Synthese aus einer Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-H₂O-Zusammensetzung. Zu den ersterwähnten Entaluminierungsverfahren gehören:

(1) ein Verfahren, bei dem Erionit mit y = 3, Mordenit mit y = 5 oder L-Zeolith mit y = 6 usw. in Mineralsäure quellen gelassen bzw. eingetaucht und erhitzt wird;
(2) ein Verfahren, bei dem Zeolith vom Y-Typ mit y = 3–6 oder Mordenit mit y = 5 usw. in Gegenwart von Phosgengas hitzebehandelt wird;
(3) ein Verfahren, bei dem Zeolith vom Y-Typ mit M = NH₄ oder H und y = 3–6, vorzugsweise bei gleichzeitigem Vorhandensein von Wasserdampf, hitzebehandelt wird; und
(4) ein Verfahren, bei dem Zeolith vom A-Typ mit y = 2, Zeolith vom X-Typ mit y = 2–3 oder Zeolith vom Y-Typ mit y = 3–6 usw. bei einer hohen Temperatur mit Siliciumtetrachlorid in Berührung gebracht wird und Aluminium in Zeolith durch die Reaktion SiCl₄ + Al₂O₃ → SiO₂ + AlCl₃ teilweise durch Silicium ersetzt wird.

Für den Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt und hydrophobem Verhalten, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, sollte der Wert von y etwa oberhalb von 8 liegen. Es ist natürlich bei jedem der beiden vorstehend erwähnten Verfahren als unerläßliche Bedingung eines Molekularsiebs notwendig, daß Mikroporen mit einem Durchmesser von mehr als etwa 3 Å beibehalten werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Gasadsorptionselement zu einem Block mit vielen kleinen Kanälen, die von einer Stirnfläche zu der anderen hindurchgehen, d.h., mit einer Wabenstruktur, geformt, so daß der vorstehend erwähnte Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt und hydrophobem Verhalten Dampf von organischem Lösungsmittel und übelriechendes Material wirksam adsorbiert und abtrennt. Für das Formen zu einem Block gibt es ein Verfahren, bei dem der vorstehend erwähnte Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt beispielsweise mit anorganischem Bindemittel wie z.B. Kaolinit vermischt wird und durch Strangpres sen oder durch Formpressen usw. zu einer Wabenstruktur geformt wird. Es gibt ein anderes Verfahren, bei dem ein schichtförmiger Träger wie z.B. Papier oder Stoff bzw. Gewebe zu einem Wabenblock geformt wird und entweder vor oder nach dem Formen Zeolithpulver mit hohem Siliciumdioxidgehalt daran angebracht wird. Bei dem letzterwähnten Verfahren ist die Berührungsfläche des Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt mit zu behandelndem Gas größer und wird wirksamer ausgenutzt. Als schichtförmiger Träger werden poröse Schichten, die aus Fasern gebildet sind, wie z.B. Papier, Gewebe und Faservlies gegenüber einer Schicht mit glatter Oberfläche und ohne Durchlässigkeit wie z.B. einer Metallfolie und einer Kunststoffolie bevorzugt, weil Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt nicht nur auf der Schichtoberfläche, sondern auch in den Faserzwischenräumen getragen wird. Voluminöse bzw. bauschige Schichten aus Fasern mit hohem Öffnungsanteil sind besonders erwünscht. Bei der Gasadsorption ist eine Desorption/Reaktivierung notwendig. Für die Desorption kann das Druckschwankungsverfahren angewandt werden, bei dem kein Erhitzen notwendig ist, jedoch kann die Desorption/Reaktivierung durch Erhitzen mit einer einfacheren und bequemeren Vorrichtung durchgeführt werden. Für diese Reaktivierung durch Erhitzen sollte das Element hitzebeständig und nicht entflammbar sein, und folglich werden Papiere aus anorganischen Fasern, bei denen nicht die Gefahr besteht, daß Feuer ausbricht, wie z.B. Papier aus keramischen Fasern, Gesteinsfasern, Schlackenfasern oder Glasfasern oder Papier, das hauptsächlich aus einer Mischung dieser Fasern besteht, verwendet. Die Verwendung von Asbestfasern, die ebenfalls anorganische Fasern sind, bei denen nicht die Gefahr besteht, daß Feuer ausbricht, wird nicht bevorzugt, weil Asbest gesundheitsschädlich ist.
Ferner wird bei einem zweckmäßigen Schritt der Herstellung des Gasadsorptionselements unter Verwendung des vorstehend erwähnten Papiers, das hauptsächlich aus anorganischen Fasern besteht, das Papier bis zum Brennen hitzebehandelt, und der geringe Anteil darin enthaltener organischer Bestandteile wird entfernt. Es gibt auch ein Verfahren, bei dem ein nicht ent flammbares, durch Mischen von Pulver aus Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt hergestelltes Papier verwendet wird.
Bezüglich der Wabenstruktur wird es bevorzugt, daß die Wellenlänge l 2,5 bis 4,5 mm und die Wellenhöhe h 1,0 bis 3,0 mm beträgt. Wenn diese Abmessungen zu groß sind, wird die Gesamtoberfläche des Gasadsorptionselements kleiner, und infolgedessen sinkt der Wirkungsgrad der Gasadsorption. Wenn diese Abmessungen im Gegenteil zu klein sind, werden die Druckabfälle der zu behandelnden Luft und der Reaktivierungsluft groß, und danach ist ein wirtschaftlicher Betrieb nicht zu erwarten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Gasadsorptionselements der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer einseitig beklebten gewellten Schicht;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Gasadsorptionsvorrichtung zeigt, wobei ein Teil zum Zwecke der Veranschaulichung weggebrochen ist;
4 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung des Wirkungsgrades des Gasadsorptionselements der vorliegenden Erfindung zeigt, die auf eine Veränderung der Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft am Einlaß zurückzuführen ist;
5 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung des Wirkungsgrades des Gasadsorptionselements eines Vergleichsbeispiels zeigt, die auf eine Veränderung der Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft am Einlaß zurückzuführen ist;
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung des Wirkungsgrades des Gasadsorptionselements der vorliegenden Erfindung zeigt, die auf eine Veränderung der Umlaufgeschwindigkeit des Elements zurückzuführen ist; und
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung des Wirkungsgrades des Gasadsorptionselements der vorliegenden Erfindung zeigt, die auf eine Veränderung der Länge der kleinen Kanäle zurückzuführen ist.
In 3 zeigt 4 ein Gasadsorptionselement, zeigt 5 ein Gehäuse, zeigt 6 ein Trennstück, zeigt 7 eine Behandlungszone, zeigt 8 eine Reaktivierungszone, zeigt 9 einen Getriebemotor, zeigt 11 eine zu behandelnde Luft und zeigt 12 eine Reaktivierungsluft.
Beste Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Erfindung
Keramischen Fasern der Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Gruppe wurde eine geringe Menge von synthetischen organischen Fasern zugesetzt, um ein Papier niedriger Dichte mit einer scheinbaren Dichte von etwa 0,3–0,45 (Masse: etwa 60–150 g/m²) mit einer Dicke von etwa 0,10–0,30 mm herzustellen, das gewellt wurde, so daß die Papierbreite 400 mm betrug, die Wellenlänge 3,4 mm betrug und die Wellenhöhe 1,8 mm betrug. Unter Verwendung eines Klebstoffs, der aus einer Mischung eines Kunstharzes wie z.B. Polyvinylacetat und eines anorganischen Bindemittels bestand, wurden ein flaches Papier 1 und ein gewelltes Papier 2 an dem Kantenteil des gewellten Papiers 2 miteinander verklebt, wie es in 2 gezeigt ist, um eine einseitig beklebte gewellte Schicht zu erhalten. Die erwähnte gewellte Schicht wurde um ein Kernmaterial herum aufgewickelt, wie es in 1 gezeigt ist, und zu einer zylindrischen Gestalt mit einem Durchmesser von 320 mm und vielen kleinen Kanälen 3, die von einer Stirnfläche zu der anderen hindurchgingen, geformt. Als Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt wurde der Zeolith xNa₂O·Al₂O₃·ySiO₂·zH₂O (hier ist x ≈ 1, y ≈ 200, z ≈ 9, und der Durchmesser der Mikroporen beträgt etwa 10 Å) (DAY-Zeolith, hergestellt von der Degussa Aktiengesellschaft in der Bundesrepublik Deutschland) verwendet, der durch die Behandlung von NaY-Zeolith, d.h., von xNa₂O·Al₂O₃·y SiO₂·zH₂O (hier ist x ≈ 1, y ≈ 5, z ≈ 9, und der Durchmesser der Mikroporen beträgt etwa 10 Å) mit Siliciumtetrachlorid und teilweisen Ersatz von darin enthaltenem Al₂O₃ durch SiO₂ erhalten wird. Der erwähnte Zeolith wurde fein pulverisiert und in einem Hydrosol von entweder Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid dispergiert, und in dem erhaltenen Sol wurde der vorstehend erwähnte geformte Körper quellen gelassen bzw. eingetaucht, um zu bewirken, daß Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt in Faseröffnungen und an der Oberfläche der Papiere 1, 2 aus anorganischen Fasern mit feinen Teilchen von Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid als Bindemittel anhaftet. Er wurde getrocknet und dann 3–4 h lang bei 450°C hitzebehandelt, um den Zeolithen zu entwässern, und auf diese Weise wurde ein Gasadsorptionselement erhalten. Der Anteil des an dem Papier aus anorganischen Fasern angebrachten Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt betrug etwa 35 Masse%.
3 zeigt eine Gasadsorptionsvorrichtung, bei der ein in 1 gezeigtes zylindrisches Gasadsorptionselement verwendet wird. Das Gasadsorptionselement 4 wird in einem Gehäuse 5, das durch ein Trennstück 6 in eine Behandlungszone (Gasadsorptionszone) 7 und eine Reaktivierungszone 8 getrennt wird, drehbar gehalten. Das Element 4 wird durch einen Getriebemotor 9 und einen Treibriemen 10 gedreht. Eine zu behandelnde Luft 11 wird in die Behandlungszone 7 eingeleitet, und heiße Reaktivierungsluft 12 wird in die Reaktivierungszone 8 eingeleitet, um in der zu behandelnden Luft 11 enthaltene aktive Bestandteile wie z.B. Dampf von organischem Lösungsmittel und übelriechende Materialien zu adsorbieren und reine Luft 13 zu erhalten. In der Zeichnung ist 14 eine Laufrolle, ist 15 eine Spannrolle, ist 16 eine Gummidichtung und ist 17 eine Reaktivierungsluft-Heizvorrichtung.
4 zeigt den Anteil (%) des entfernten Lösungsmittels für den Fall, daß zu behandelnde Luft wie folgt:
Luft, die 550 ppm Toluol enthält,
Luft, die 1100 ppm Xylol enthält,
Luft, die 760 ppm Isopropylalkohol enthält,
Luft, die 340 ppm n-Butylacetat enthält,
wobei die absolute Feuchtigkeit jeweils 2–19 g/kg beträgt, unter der Bedingung, daß das Element 4 eine Zylinderlänge von 400 mm hat, die Umlaufgeschwindigkeit 10 U/h beträgt, das Verhältnis des Volumens der Reaktivierungsluft zu dem Volumen der zu behandelnden Luft 1 : 10 beträgt, die Temperatur der zu behandelnden Luft am Einlaß 25°C + 2°C beträgt, die Geschwindigkeit der zu behandelnden Luft und der Reaktivierungsluft 2 m/s beträgt und die Temperatur der Reaktivierungsluft am Einlaß 150°C + 2°C beträgt, hindurchgehen gelassen wird.
Der Anteil des entfernten Lösungsmittels bedeutet hier den Wert, der erhalten wird, indem man den Quotienten, der erhalten wird, indem man den Anteil des in der behandelten Luft am Auslaß enthaltenen Lösungsmittels durch den Anteil des in der zu behandelnden Luft am Einlaß enthaltenen Lösungsmittels dividiert, von 1 subtrahiert. Der Anteil des entfernten Lösungsmittels ändert sich auch dann nicht, wenn sich die Lösungsmittelkonzentration in der zu behandelnden Luft am Einlaß ändert.
5 zeigt als Vergleichsbeispiel das Ergebnis eines ähnlichen Versuchs, d.h., den Anteil des entfernten Lösungsmittels bei einem Gasadsorptionselement, das nach demselben Verfahren wie in dem vorstehenden Beispiel unter Verwendung von 'Zeolum F-9' (Durchmesser der Mikroporen: 10 Å), hergestellt von Toyo Soda Co., Ltd., ein Beispiel eines handelsüblichen hydrophilen Zeolithen, hergestellt worden ist. Wie aus 5 ersichtlich ist, liegt der Anteil des entfernten Lösungsmittels bei einem hydrophilen Zeolithen für alle organischen Lösungsmittel oberhalb von 90%, wenn die absolute Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft am Elementeinlaß unterhalb von etwa 8 g/kg liegt, jedoch nimmt der Anteil des entfernten Lösungsmittels schnell ab, wenn die absolute Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft am Einlaß höher wird. Dies liegt daran, daß der verwendete Zeolith hydrophil ist und in der Luft enthaltenen Wasserdampf gegenüber Dampf von organischem Lösungsmittel bevorzugt adsorbiert. Andererseits lag der Anteil des entfernten Lösungsmittels bei dem Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, für alle organischen Lösungsmittel, die geprüft wurden, unabhängig von der absoluten Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft am Einlaß oberhalb von 90%, wie aus 4 ersichtlich ist. Die Versuchsbedingungen wurden in dem Bereich einer 5–50°C betragenden Temperatur der zu behandelnden Luft am Einlaß, einer 1–3 m/s betragenden Luftgeschwindigkeit, einer 100–160°C betragenden Temperatur der Reaktivierungsluft am Einlaß und einer 20–2700 ppm betragenden Konzentration des Dampfes von organischem Lösungsmittel in verschiedener Weise verändert, und die Art des organischen Lösungsmittels wurde verändert, jedoch betrug der Anteil des zurückgewonnenen Lösungsmittels in beiden Fällen 90–100%.
Um eine Veränderung des Anteils des entfernten Lösungsmittels mit der Veränderung der Umlaufgeschwindigkeit des Elements zu beobachten, wurde ein in dem vorstehenden Beispiel erhaltenes Element in die Vorrichtung von 3 eingesetzt, und der Anteil von entferntem Toluol wurde unter den Bedingungen einer 15°C betragenden Temperatur der zu behandelnden Luft am Einlaß, einer 2 m/s betragenden Geschwindigkeit der zu behandelnden Luft und der Reaktivierungsluft, einer 140°C betragenden Temperatur der Reaktivierungsluft am Einlaß, einer 5,0 g/kg (mit
bezeichnet) und einer 16,5 g/kg (mit
bezeichnet) betragenden absoluten Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft am Einlaß und einer 500 ppm Toluol betragenden Konzentration des Lösungsmitteldampfes in der zu behandelnden Luft am Einlaß, wobei die Umlaufgeschwindigkeit des Elements in dem Bereich von 6–26 U/h verändert wurde, gemessen. 6 zeigt das Ergebnis. Daraus ist ersichtlich, daß sich der Anteil des entfernten Lösungsmittels mit einer Veränderung der Umlaufgeschwindigkeit des Elements verändert und daß die Umlaufgeschwindigkeit, die für das in diesem Versuch angewandte Element am zweckmäßigsten ist und den höchsten Anteil des entfernten Lösungsmittels liefert, etwa 12 U/h beträgt.
Um eine Veränderung des Anteils des entfernten Lösungsmittels mit einer Veränderung der Länge der kleinen Kanäle zu beobachten, wurden Elemente hergestellt, bei denen Papier aus anorganischen Fasern mit einer Dicke von 0,20 mm nach dem Imprägnieren mit Zeolith wie in dem vorstehenden Beispiel derart gewellt wurde, daß die Wellenlänge 3,4 mm und die Wellenhöhe 1,8 mm be trug, und die Länge L der kleinen Kanäle wurde von 100 mm zu 500 mm verändert. Die Elemente wurden in die Vorrichtung von 3 eingesetzt. Diese Vorrichtungen wurden unter den nächsten Bedingungen betrieben: Die Temperatur der zu behandelnden Luft am Einlaß betrug 15°C; die Temperatur der Reaktivierungsluft am Einlaß betrug 150°C; die Geschwindigkeit der zu behandelnden Luft und die Geschwindigkeit der Reaktivierungsluft betrug 2 m/s; die absolute Feuchtigkeit der zu behandelnden Luft am Einlaß betrug 15 g/kg; die Konzentration des Lösungsmitteldampfes in der zu behandelnden Luft am Einlaß betrug 1100 ppm Xylol, und die Umlaufgeschwindigkeit der Elemente betrug 15 U/h. 7 zeigt das Meßergebnis der Entfernung von Xylol bei verschiedenen Längen der kleinen Kanäle. Aus diesem Ergebnis ging hervor, daß die Entfernung des Lösungsmittels in einem Bereich von 100 bis 300 mm Länge der kleinen Kanäle nicht ausreichend war und daß der Anteil des entfernten Lösungsmittels bei einer mehr als etwa 400 mm betragenden Länge der kleinen Kanäle mehr als 95% betrug, d.h., daß die Entfernung des Lösungsmittels fast vollständig war, und daß die Verwendung von kleinen Kanälen mit einer Länge von mehr als etwa 400 mm unvorteilhaft bzw. verschwenderisch ist.
Möglichkeit der Anwendung für die Industrie
Da das Gasadsorptionselement bei der vorliegenden Erfindung in der vorstehend beschriebenen Weise unter Verwendung von hydrophobem Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt als Adsorptionsmittel hergestellt wird, adsorbiert es beim Adsorbieren einer verhältnismäßig geringen Menge des Dampfes von organischem Lösungsmittel oder eines übelriechenden Bestandteils, die in einem Inertgas wie z.B. Luft enthalten ist, wenig Wasserdampf, der immer in der Luft ist, und es hat folglich die Wirkung, daß es fähig ist, Dampf von organischem Lösungsmittel oder einen übelriechenden Bestandteil, die in dem Inertgas wie z.B. Luft enthalten sind, unabhängig von der Feuchtigkeit mit einem hohen Wirkungsgrad zu adsorbieren und zu entfernen. Außerdem kann organisches Lösungsmittel oder ein übelriechender Bestandteil, die durch das Element adsorbiert worden sind, bei einer Tempe ratur von etwa 100–160°C im wesentlichen desorbiert werden, weshalb das Element in eine umlaufende Gasadsorptionsvorrichtung vom Reaktivierungstyp, wie sie beispielsweise in 3 gezeigt ist, eingebaut wird, um aktives Gas, das in dem Inertgas wie z.B. Luft enthalten ist, kontinuierlich zu adsorbieren und zu entfernen. Wenn für einen Block, der einen Zeolithen mit einem hohen Siliciumdioxidgehalt trägt, Papier oder eine andere Schicht verwendet wird, die hauptsächlich aus anorganischen Fasern besteht, hält die Schicht zusammen mit dem Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt einer hohen Temperatur stand, ohne daß die Gefahr eines Ausbruchs von Feuer besteht. Diese Feuerfestigkeit wird vollständiger gemacht, indem das nicht entflammbare Papier, das das Element bildet, hitzebehandelt wird, um die geringe Menge von darin enthaltenem organischem Material durch Zersetzen oder Verbrennen zu entfernen. Wenn die Adsorptionsleistung des Elements durch Adsorbieren von beispielsweise Öl mit hohem Siedepunkt in Mikroporen des Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt abgenommen hat, wird heiße Luft von etwa 350°C durch das Element hindurchgehen gelassen, um Öl usw. zu entfernen und das Element zu regenerieren.
Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ein schichtförmiger Träger aus nicht entflammbarem Papier usw. zu einer Wabengestalt geformt und mit Zeolithpulver mit hohem Siliciumdioxidgehalt imprägniert, das daran anhaften gelassen wird. Das Verfahren kann deshalb einfach und wirtschaftlich ohne eine besondere Maschine oder Vorrichtung durchgeführt werden, und der größte Teil des Zeolithen mit hohem Siliciumdioxidgehalt, der in dem Gasadsorptionselement verwendet wird, arbeitet wirksam als Adsorptionsmittel. Wenn als Träger Material, das aus Fasern mit vielen Öffnungen besteht, wie z.B. nicht entflammbares Papier, insbesondere Papier niedriger Dichte aus anorganischen Fasern, verwendet wird, wird der Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt nicht nur an der Oberfläche des Papiers aus anorganischen Fasern, sondern auch in den Öffnungen zwischen seinen Fasern angebracht, wodurch die Tragfähigkeit erhöht wird. Die vorliegende Erfindung hat folglich verschiedene Merkmale und Wirkungen.

Claims

Gasadsorptionselement, das zu einem Block mit vielen kleinen Kanälen, die von einer Stirnfläche zu der anderen hindurchgehen, geformt ist und bei dem an der Wand der erwähnten kleinen Kanäle hydrophobes Zeolithpulver mit hohem Siliciumdioxidgehalt auftritt.
Gasadsorptionselement nach Anspruch 1, bei dem der Zeolith mit hohem Siliciumdioxidgehalt Zeolith ist, aus dem der größte Teil des Aluminiumbestandteils entfernt ist.
Verfahren zur Herstellung des Gasadsorptionselements nach Anspruch 1 oder 2 mit den folgenden Schritten: Laminieren von Papieren, deren Hauptbestandteil anorganische Fasern sind, damit sie zu einem Block mit der Gestalt eines Gasadsorptionselements mit vielen kleinen Kanälen geformt werden, und Anbringen von hydrophobem Zeolithpulver mit hohem Siliciumoxidgehalt in Faserzwischenräumen und an der Wand des erwähnten Blocks.
Verfahren zur Herstellung des Gasadsorptionselements nach Anspruch 3, bei dem der Zeolith mit hohem Siliciumoxidgehalt Zeolith ist, aus dem der größte Teil des Aluminiumbestandteils entfernt ist.
Verfahren zur Herstellung des Gasadsorptionselements nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Papier ein Papier niedriger Dichte ist.
Verfahren zur Herstellung des Gasadsorptionselements nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem das Papier aus anorganischen Fasern entweder vor oder nach dem Formen des Blocks hitzebehandelt wird.
Verfahren zur Herstellung des Gasadsorptionselements nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Dicke des Papiers aus anorganischen Fasern 0,10–0,30 mm beträgt, die Wellenlänge des gewellten Papiers 2,5–4,5 mm beträgt, die Wellenhöhe des gewellten Papiers 1,0–3,0 mm beträgt und die Länge der kleinen Kanäle 100–500 mm beträgt.