DE3818919A1 - Process and apparatus for the selective removal of at least one constituent from the gas mixture - Google Patents
Process and apparatus for the selective removal of at least one constituent from the gas mixtureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur selektiven Entnahme von zumindest einem Bestandteil aus einem Gasgemisch, insbesondere zur Trocknung eines Gases mit einer für polare Moleküle durchlässigen und als Trennwand dienenden Membran.The invention relates to a method and an apparatus for the selective removal of at least one component from a gas mixture, in particular for drying a Gases with a permeable to polar molecules and as Partition serving membrane.
Man kennt bereits ein Verfahren zur Separierung von Gasen oder Gasgemischen, bei dem nach dem Permeationsprinzip als Trennwand eine polare Membran verwendet wird, die vor allem für polare Moleküle durchlässig ist. Während bei diesem vorbekannten Permeationstrennverfahren auf der einen Seite das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch durch die Membran hindurchgeleitet wird, wird die Membran auf der anderen Seite mit Luft oder gegebenenfalls einem Gas umspült.A process for separating gases is already known or gas mixtures in which according to the permeation principle as Partition a polar membrane is used, above all is permeable to polar molecules. While with this previously known permeation separation process on the one hand the gas or gas mixture to be treated through the membrane is passed through, the membrane is on the other Flushed side with air or possibly a gas.
Nachteil dieser bekannten Verfahrensweise ist jedoch, daß nur sehr unpolare Bestandteile des zu behandelnden Gases oder Gasgemisches zurückgehalten werden und auch andere Inhaltsstoffe beispielsweise eines Dampfgemisches ebenfalls durch die Membran permeieren können.However, the disadvantage of this known procedure is that only very non-polar components of the gas to be treated or gas mixture are retained and others too Ingredients of a steam mixture, for example can permeate through the membrane.
Es ist erwünscht, daß dieses vorbekannte Trennverfahren beispielsweise bei der Abgasuntersuchung von Kraftfahrzeugmotoren zur Trocknung des zu untersuchenden Abgases eingesetzt wird. Durch die Membran permeiert jedoch nicht nur der Wasserdampf, sondern vielmehr beispielsweise auch organische Bestandteile, die in dem Abgas nur in Spuren enthalten sind und deren zumindest teilweise Permeation durch die Membran das spätere Untersuchungsergebnis entsprechend nicht unerheblich ver fälscht.It is desirable that this known separation method be used, for example in the exhaust gas analysis of motor vehicle engines Drying of the exhaust gas to be examined is used. By the membrane not only permeates the water vapor, but rather, for example, also organic components, which are contained only in traces in the exhaust gas and their at least partially permeation through the membrane the later The result of the investigation is accordingly not insignificant fakes.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem gezielt einzelne Bestandteile aus Gasen oder Gasgemischen entnommen werden können und welches sich insbesondere zur selektiven Trocknung von Gasen, ohne größeren Verlust anderer Gasbestandteile, eignet.The task is therefore to create a process with which targeted individual components from gases or Gas mixtures can be taken and which one especially for the selective drying of gases without greater loss of other gas components.
Die erfindungsgemäße Lösung bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art besteht insbesondere darin, daß die Membran auf der dem Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite von einer Spülflüssig keit umspült wird, die eine bevorzugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil aufweist. Überraschenderweise können durch die Wahl bestimmter Spül flüssigkeiten, die die Membran auf der dem zu behandelnden Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite umspülen, gezielt Selektionen erreicht werden. Dabei diffundiert in die Spül flüssigkeit bevorzugt diejenige polare Komponente, zu der die Spülflüssigkeit eine bevorzugte Affinität aufweist, während unpolare Bestandteile oder weniger polare Ver bindungen im Gas oder Gasgemisch verbleiben oder nur zu einem unerheblichen Anteil durch die Membran hindurchtreten.The solution according to the invention in the method of the type mentioned consists in particular in that the membrane on the Gas or gas mixture facing away from a flushing liquid is washed around, which is a preferred affinity for the has a selecting component. Surprisingly, by choosing certain flushing options fluids that the membrane on the to be treated Rinse the side facing away from the gas or gas mixture, selectively Selections can be achieved. It diffuses into the rinse liquid prefers the polar component to which the rinsing liquid has a preferred affinity, while non-polar components or less polar ver bindings in the gas or gas mixture remain or only to an insignificant amount pass through the membrane.
Wählt man beispielsweise eine hygroskopische Flüssigkeit als Spülflüssigkeit, so können Gase ohne wesentlichen Verlust anderer Komponenten getrocknet werden. Ammoniak bzw. flüchtige Amine wiederum lassen sich durch Umspülen mit einer Säure, saure Inhaltsstoffe dagegen durch Um spülen mit einer basischen Flüssigkeit abtrennen.For example, if you choose a hygroscopic liquid as a flushing liquid, gases can be used without essential Loss of other components can be dried. ammonia or volatile amines in turn can be rinsed with an acid, acidic ingredients by Um rinse off with a basic liquid.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise vorteilhaft allgemein bei der Trocknung von Luft und anderen Gasen sowie bei der infrarotspektroskopischen oder gas chromatographischen Spurenanalyse etwa im Rahmen von Arbeits platz- oder Abgasuntersuchungen einsetzen. Ebenfalls kann es bei der selektiven Abreicherung von Ammoniak oder flüchtigen Aminen aus alkalisch gestellten Prozeßwässern anstelle des Strippens sowie zur Abreicherung saurer Kompo nenten aus Gasen und Dämpfen, zur Abreicherung von Kohlen dioxid aus Biogas oder aus Raumluft und auch zur selektiven Entschwefelung von Biogas verwendet werden.The method according to the invention can be used, for example generally advantageous when drying air and others Gases as well as in infrared spectroscopic or gas chromatographic trace analysis as part of work Use space or exhaust gas examinations. Can also it in the selective depletion of ammonia or volatile amines from alkaline process water instead of stripping and to deplete acidic compo from gases and vapors, for the depletion of coal dioxide from biogas or from indoor air and also for selective Desulphurization of biogas can be used.
Dabei wird die Spülfüssigkeit entsprechend der zu selek tierenden Komponente ausgewählt. Vorteilhaft ist es, wenn eine Spülflüssigkeit verwendet wird, die mit dem zu selektierenden Bestandteil eine chemische Verbindung ein geht, beispielsweise unter Bildung eines Additionsproduktes, einer Säure-Base-Beziehung, eines Charge-Transfer-Komplexes, einer Solvolyse oder durch Umsetzung unter Nutzung des Le Chatelierschen Prinzips durch Entzug einer Komponente infolge Gas- oder Niederschlagsbildung. Vorteilhaft kann auch eine Spülflüssigkeit verwendet werden, die mit dem zu selektierenden Bestandteile Solvate bildet, beispielsweise Hydrate und Alkoholate, Ammoniakate und Aminate.The rinsing liquid will be too selective component selected. It is advantageous if a rinsing liquid is used, which with the a chemical compound goes, for example, with the formation of an addition product, an acid-base relationship, a charge transfer complex, a solvolysis or by implementation using the Le Chatelier principle by removing one component due to gas or precipitation formation. Can be advantageous also a rinsing liquid can be used with the selector constituents forms Solvate, for example Hydrates and alcoholates, ammonia and aminates.
Zur Förderung der Permeationsgeschwindigkeit und der Permeationsausbeute auch bei gleichzeitig kleinerer Dimen sionierung der Membran ist es vorteilhaft, wenn das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch unter Druck gegen und/oder durch die Membran geleitet wird, vorzugsweise mit einem Druck von 1,1 bis 10×105 Pa.To promote the permeation rate and the permeation yield, even with a smaller dimensioning of the membrane, it is advantageous if the gas or gas mixture to be treated is passed under pressure against and / or through the membrane, preferably at a pressure of 1.1 to 10 × 10 5 Pa.
Ein Vorschlag gemäß der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung, der die Trocknung eines Gases oder Gasgemisches betrifft, sieht vor, daß das Verfahren sich in verschiedene Trennphasen unterteilt, daß dabei die zeitlich erste Trenn phase eine Heißphase ist, die vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 bis 90° Celsius betrieben wird und daß die nach folgenden Trennphasen Kaltphasen sind, die vorzugsweise bei gegebenenfalls abnehmenden Temperaturen von +10 bis -30° Celsius betrieben werden.A proposal according to the invention of its own worthy of protection Meaning the drying of a gas or gas mixture concerns, provides that the procedure in different Separation phases divided that the first time separation phase is a hot phase, preferably at a temperature is operated from 30 to 90 ° Celsius and that after following separation phases are cold phases, which are preferably at possibly decreasing temperatures from +10 to -30 ° Celsius are operated.
Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren unter einem geringen Druck von beipielsweise 1,1 bis 10×105 Pa betrieben. Auf diese Weise läßt sich auch eine verhältnis mäßig kleine dimensionierte Membran verwenden und dennoch eine gute Permeationsgeschwindigkeit und Permeationsausbeute erzielen. Der Druck jedoch begünstigt eine Kondensation des in einem Gas enthaltenen Wasserdampfes. Da der an der Membran kondensierte Wasserdampf eine Permeation weiteren Wasserdampfes in die auf der gegenüberliegenden Seite der Membran befindliche, hygroskopische Spülflüssigkeit behindern könnte, ist es vorteilhaft, wenn die Druckan hebung durch anfänglich heißere Temperaturphasen und eine Erhöhung des Sättigungswertes des Gases zumindest ausge glichen wird. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Trennphasen mit abnehmender Temperatur hinterein andergeschaltet betrieben werden und wenn die erste Trenn phase bei einer Temperatur von etwa 10 bis 80° über Umgebungs temperatur sowie alle folgenden Trennphasen etwa 10 bis 50° Celsius unter Umgebungstemperatur betrieben werden. Diese Trenn- oder Kaltphasen mit gegebenenfalls unterschiedlichen, abnehmenden Temperaturen begünstigen wiederum den Permeationsprozeß und insbesondere eine chemische Reaktion der Spülflüssigkeit mit der zu selektierenden Komponente.The method according to the invention is expediently operated under a low pressure of, for example, 1.1 to 10 × 10 5 Pa. In this way, a relatively small sized membrane can be used and still achieve a good permeation rate and permeation yield. However, the pressure favors condensation of the water vapor contained in a gas. Since the water vapor condensed on the membrane could hinder the permeation of further water vapor into the hygroscopic rinsing liquid located on the opposite side of the membrane, it is advantageous if the pressure increase is at least compensated by initially hotter temperature phases and an increase in the saturation value of the gas. It has proven to be advantageous if the separation phases are operated in series with a decreasing temperature and if the first separation phase is operated at a temperature of about 10 to 80 ° above ambient temperature and all subsequent separation phases are operated about 10 to 50 ° Celsius below ambient temperature. These separation or cold phases with possibly different, decreasing temperatures in turn promote the permeation process and in particular a chemical reaction of the rinsing liquid with the component to be selected.
Es besteht auch die Aufgabe eine einfache Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.There is also the task of a simple device for To carry out the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei der Vorrichtung der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß die Vor richtung zumindest ein die Membran enthaltendes Permeations modul hat und daß sich auf der dem Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite der Membran eine Spülflüssigkeit befindet, die eine bevorzugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil aufweist.The solution according to the invention consists in the device of type mentioned in particular in that the pre direction at least one permeation containing the membrane has module and that on the the gas or gas mixture away from the side of the membrane is a rinsing liquid, which is a preferred affinity for the one to be selected Has component.
Während die Spülflüssigkeit die Selektion bestimmter Kompo nenten aus dem Gas oder Gasgemisch begünstigt, erleichtern einzelne Permeationsmodule die Unterteilung des Verfahrens etwa in verschiedene Trennphasen mit unterschiedlichen, nacheinander abnehmenden Temperaturen.During the rinsing liquid the selection of certain compo favored from the gas or gas mixture, facilitate individual permeation modules the subdivision of the process for example in different separation phases with different successively decreasing temperatures.
Eine einfache und vorteilhafte Ausführung gemäß der Er findung sieht vor, daß die Membran im wesentlichen aus einer vorzugsweise schraubenlinienförmig angeordneten Hohl faser besteht und daß gegebenenfalls mehrere Membranen zu einem Hohlfaserbündel zusammengefaßt sind. lnsbesondere eine schraubenlinienförmig angeordnete Hohlfaser bietet eine große Umspülungsfläche für die Spülflüssigkeit bei dennoch vergleichsweise geringen Abmessungen der Membran. Zweckmäßigerweise dient dabei die als Hohlfaser ausge bildete Membran als Gasleitung für das im Inneren der Hohl faser durchströmende Gas oder Gasgemisch, während die Außenseite der Hohlfaser durch die Spülflüssigkeit umspült wird.A simple and advantageous execution according to the Er The invention provides that the membrane essentially consists of a preferably helically arranged hollow fiber exists and that, if necessary, several membranes a hollow fiber bundle are summarized. In particular a helically arranged hollow fiber offers one large rinsing area for the rinsing liquid anyway comparatively small dimensions of the membrane. It expediently serves as a hollow fiber formed membrane as a gas pipe for the inside of the hollow gas or gas mixture flowing through the fiber, while the Flushed around the outside of the hollow fiber by the rinsing liquid becomes.
Möglich ist auch, die Membran zylinderförmig auszubilden oder als flache Membran rahmenartig zu umfassen.It is also possible to make the membrane cylindrical or to include a flat membrane like a frame.
Eine Ausgestaltung der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung kann darin bestehen, daß die Vorrichtung mehrere miteinander verbundene Permeationsmodule aufweist, die in Durchströmrichtung des Gases oder Gasgemisches hintereinander angeordnet sind. Enthalten diese "in Reihe" miteinander verbundenen Permeationsmodule dieselbe Spül flüssigkeit, so läßt sich die Permeationsausbeute steigern. Permeationsmodule mit unterschiedlichen Spülflüssigkeiten dagegen können vorteilhaft zur Selektion mehrerer Bestandteile aus einem Gasgemisch eingesetzt werden. An embodiment of the invention of its own worthy of protection Significance can be that the device has a plurality of interconnected permeation modules, in the direction of flow of the gas or gas mixture are arranged one behind the other. Contain these "in series" interconnected permeation modules the same rinse liquid, so the permeation can be increased. In contrast, permeation modules with different rinsing liquids can advantageously be used to select several components a gas mixture can be used.
Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend wird diese anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in Ver bindung mit den Figuren noch näher erläutert.Further developments of the invention are listed in further subclaims. Below, this is based on advantageous embodiments in Ver binding with the figures explained in more detail.
Es zeigen, stärker schematisiert:It shows, more schematically:
Fig. 1 und 2 eine auseinandergezogen und perspektivisch dargestellte Ansicht einer einstufigen sowie eine im Schnitt gehaltene Ansicht einer zweistufigen Flüssigphasen-Trennvorrichtung, Fig. 1 and 2 is an exploded and shown in perspective view of a single stage and a complex having a sectional view of a two-step liquid-phase separation device,
Fig. 3 und 4 eine Versuchsanordnung und Chromatogramme zum 1. Beispiel, FIGS. 3 and 4 an experimental arrangement and chromatograms to Example 1,
Fig. 5 bis 7 Versuchsanordnung und Chromatorgramme zum 2. Beispiel und Fig. 5 to 7 test arrangement and Chromatorgramme to Example 2 and
Fig. 8 und 9 Chromatogramme zum 3. Beispiel. FIGS. 8 and 9 chromatograms for the 3rd example.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Permeationsmodul einer einstufigen Trennvorrichtung. Das Permeationsmodul 1 weist ein äußeres, isolierendes Schutzgehäuse 2 auf, in dessen Innenraum der die Spülflüssigkeit enthaltende Behälter 3 angeordnet ist. Das Schutzgehäuse 2 wird durch eine Ab deckung 4 an seiner Oberseite verschlossen, die mit einer als Hohlfaser ausgebildeten und schraubenlinienförmig angeordneten Membran 5 verbunden ist. Während in Gebrauchs stellung des Permeationsmoduls 1 die Membran 5 in den Behälter 3 und die darin enthaltene Spülflüssigkeit ein taucht, ragen die beiden freien Enden 6 und 7 über die Oberseite der Abdeckung 4 nach außen und dienen als An schlüsse für die als Gasleitung des zu behandelnden Gases oder Gasgemisches ausgebildete Membran 5. Fig. 1 shows a schematic view of a designated generally by 1 a single-stage permeation module separator. The permeation module 1 has an outer, insulating protective housing 2 , in the interior of which the container 3 containing the rinsing liquid is arranged. The protective housing 2 is closed by a cover 4 on its top, which is connected to a membrane 5 formed as a hollow fiber and arranged in a helical shape. While in use position of the permeation module 1, the membrane 5 dips into the container 3 and the rinsing liquid contained therein, the two free ends 6 and 7 protrude beyond the top of the cover 4 and serve as connections to the gas line to be treated Gas or gas mixture formed membrane 5 .
Zur besseren Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 die Abdeckung 4 vom Schutzgehäuse 2 abgehoben dargestellt. Deutlich erkennbar ist in Fig. 1 das - nur schematisch darge stellte - Regelventil 8, das gleichzeitig einen Durch flußmesser für das in Durchströmrichtung Pf 1 durch die Membran 5 geleitete Gas oder Gasgemisch enthält. For better clarity, the cover 4 is shown lifted from the protective housing 2 in FIG. 1. Can be clearly seen in Fig 1, the -. Only schematically presented Darge - regulating valve 8, which simultaneously contains a through flow meter for the light guided in the flow Pf 1 through the membrane 5 gas or gas mixture.
Erfindungsgemäß befindet sich auf der dem Gas oder Gas gemisch abgewandten Außenseite der an sich bekannten, polaren Membran 5 eine Spülflüssigkeit, die eine bevor zugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil aufweist. Durch die Wahl einer bestimmten Spülflüssigkeit kann aus einem mit polaren Komponenten beladenen Gas oder Dampf nach dem Permeationsprinzip ein bestimmtes Bestandteil selektiv abgetrennt werden, und zwar ohne wesentlichen Verlust an anderen Komponenten. Beispiels weise ist durch eine hygroskopische Spülflüssigkeit die Trocknung von Gasen oder Gasgemischen möglich. Durch Umspülen der Membran 5 mit einer Säure können Ammoniak bzw. flüchtige Amine abgetrennt und umgekehrt saure Inhaltsstoffe durch Umspülen mit einer basischen Flüssig keit aus einem Gas oder Gasgemisch entnommen werden. Zur Förderung der Permeationsgeschwindigkeit und der Permeationsausbeute ist es vorteilhaft, wenn das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch unter Druck durch die Membran 5 geleitet wird.According to the invention, on the outside of the gas or gas mixture facing away from the known polar membrane 5 there is a rinsing liquid which has a preferred affinity for the component to be selected. By choosing a specific flushing liquid, a specific component can be selectively separated from a gas or steam loaded with polar components according to the permeation principle, without any significant loss of other components. For example, a hygroscopic flushing liquid enables the drying of gases or gas mixtures. By rinsing the membrane 5 with an acid, ammonia or volatile amines can be separated and, conversely, acidic ingredients can be removed from a gas or gas mixture by rinsing with a basic liquid. To promote the permeation rate and the permeation yield, it is advantageous if the gas or gas mixture to be treated is passed through the membrane 5 under pressure.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Ansicht eine zwei stufige Flüssigphasen-Trennvorrichtung dargestellt, die zwei miteinander verbundene Permeationsmodule 1 aufweist, die in Durchströmrichtung Pf 1 des zu behandelnden Gases oder Gasgemisches hintereinander "in Reihe" ange ordnet sind. Die Flüssigphasen-Trennvorrichtung in Fig. 2 dient dabei der Trocknung eines durch die Membranen 5 der Permeationsmodule geleiteten Gases oder Gasgemisches. Dazu weisen die Permeationsmodule 1 in ihren Behältern 3 jeweils eine hygroskopische Spülflüssigkeit auf, die die Membranen 5 an ihrer dem Gas oder Gasgemisch abge wandten Außenseite umspült.In Fig. 2, a two-stage liquid phase separation device is shown in a schematic view, which has two interconnected permeation modules 1 , which are arranged "in series" one behind the other in the flow direction Pf 1 of the gas or gas mixture to be treated. The liquid phase separation device in FIG. 2 is used to dry a gas or gas mixture passed through the membranes 5 of the permeation modules. For this purpose, the permeation modules 1 in their containers 3 each have a hygroscopic rinsing liquid which washes around the membranes 5 on their outside facing away from the gas or gas mixture.
Das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch wird unter einem Druck von vorzugsweise 1,1 bis 10×105 Pa durch die Membran 5 geleitet. Um eine Kondensation des im Gas oder Gas gemisch enthaltenen Wasserdampfes zu vermeiden, wird das in Durchströmrichtung Pf 1 erste Permeationsmodul 1 bei einer Temperatur von 10 bis 80° über Umgebungstemperatur betrieben. Dazu weist das in Fig. 2 rechte Permeationsmodul 1 eine Heizvorrichtung 9 auf, die die Spülflüssigkeit auf eine Temperatur von 30 bis 900C erwärmt.The gas or gas mixture to be treated is passed through the membrane 5 at a pressure of preferably 1.1 to 10 × 10 5 Pa. In order to avoid condensation of water vapor contained in the mixture gas or gas, the first in the flow direction Pf 1 permeation module 1 is operated at a temperature of 10 to 80 ° above ambient temperature. For this purpose, the permeation module 1 on the right in FIG. 2 has a heating device 9 which heats the rinsing liquid to a temperature of 30 to 90 ° C.
Um die Permeation des Wasserdampfes durch die für polare Komponenten durchlässigen Membran 5 in die im Behälter 3 befindliche Spülflüssigkeit zu be günstigen, wird das in Durchströmrichtung Pf 1 nachfol gende, in Fig. 2 linke Permeationsmodul 1 bei einer Temperatur von 10 bis 50°C unter Umgebungstemperatur betrieben. Das in Fig. 2 linke Permeationsmodul 1 weist dazu eine Kühlvorrichtung 10, beispielsweise ein Peltier element auf, welches die Spülflüssigkeit auf eine Temperatur von etwa 10 bis -30°C abkühlt. Dabei ist das Schutz gehäuse 2 des in Fig. 2 linken Permeationsmoduls 1 zur besseren Isolation stärker dimensioniert.In order to favor the permeation of the water vapor through the membrane 5 , which is permeable to polar components, into the rinsing liquid located in the container 3 , the flow path Pf 1 following, in FIG. 2, left permeation module 1 at a temperature of 10 to 50 ° C. Ambient temperature operated. The permeation module 1 on the left in FIG. 2 has a cooling device 10 , for example a Peltier element, which cools the rinsing liquid to a temperature of approximately 10 to -30 ° C. The protective housing 2 of the left in Fig. 2 permeation module 1 is dimensioned stronger for better insulation.
Während also in dem in Fig. 2 rechten Permeationsmodul 1 eine Heißphase durchgeführt wird, durchläuft das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch in dem in Fig. 2 linken Permeationsmodul eine Kaltphase.Thus, while a hot phase is carried out in the permeation module 1 on the right in FIG. 2, the gas or gas mixture to be treated passes through a cold phase in the permeation module on the left in FIG. 2.
Zur Regelung der Durchflußmenge und des Druckes des zu trocknenden Gas oder Gasgemisches weist die in Fig. 2 dargestellte Flüssigphasen-Trennvorrichtung ein Regelven til 8 sowie einen zwischen den beiden Permeations modulen 1 angeordneten Durchflußmesser 11 auf.To control the flow rate and the pressure of the gas or gas mixture to be dried, the liquid phase separating device shown in FIG. 2 has a Regelven valve 8 and a flow meter 11 arranged between the two permeation modules 1 .
Auch die Membranen 5 der in Fig. 2 dargestellten Permeationsmodule 1 sind als Hohlfaser ausgebildet und schraubenlinienförmig im Behälter 3 angeordnet. Möglich wäre aber auch, die Membranen 5 zylinderförmig auszubilden oder als flache Membranen rahmenartig beispielsweise von ebenen Flächen zu umfassen. The membranes 5 of the permeation modules 1 shown in FIG. 2 are also designed as hollow fibers and are arranged in a helical shape in the container 3 . However, it would also be possible to form the membranes 5 in a cylindrical shape or to enclose them as flat membranes, for example, from flat surfaces.
Mit dem erfindungsgemäßen Trennverfahren und den in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen können gezielt einzelne Bestandteile aus Gasen oder Gasgemischen entnommen und insbesondere derartige Gase oder Gasgemische ohne größeren Verlust anderer Gasbestandteile getrocknet werden.With the separation method according to the invention and the devices shown in FIGS. 1 and 2, individual constituents can be removed from gases or gas mixtures and, in particular, such gases or gas mixtures can be dried without a major loss of other gas constituents.
Als Membran-Werkstoff kommt ein solcher Werkstoff in Frage, wie er zum Beispiel unter dem Handelsnamen "Nafion®" im Handel erhältlich ist.Such a material can be considered as a membrane material, as for example under the trade name "Nafion®" in Trade is available.
Nachfolgend werden Beispiele zur Anwendung der Permeations trocknung von Gasen für analytische Zwecke (Gas-Chromato graphie und Gasphasen-I-R-Spektroskopie) detaillierter beschrieben.Below are examples of how to use permeations drying of gases for analytical purposes (gas chromato graphie and gas phase I-R spectroscopy) in more detail described.
Perchlorethylen (nachstehend auch kurz "Per"genannt) ent haltende Luft wird üblicherweise über Aktivkohlefilter ge reinigt. Dabei hängt die Beladungskapazität der Aktivkohle wesentlich davon ab, wieviel Feuchtigkeit in der Luft zu sätzlich enthalten ist. So gilt beispielsweise für den Ex tremfall der Absorption von Per aus trockener Luft eine Beladungskapazität bis ungefähr 30%, wohingegen bei der Beladung von Aktivkohle mit Per aus wäßriger Lösung maxi mal bis zu 3% aufgenommen werden.Perchlorethylene (hereinafter also referred to as "Per") ent holding air is usually ge over activated carbon filter cleans. The loading capacity of the activated carbon depends on this significantly depend on how much moisture in the air too is also included. For example, for the Ex Extreme absorption of per from dry air Loading capacity up to about 30%, whereas the Loading of activated carbon with per from aqueous solution maxi times up to 3%.
Deshalb ist zu erwarten, daß bei der üblichen Absorption von Per aus Luftproben an Aktivkohle-Probenahmeröhrchen je nach dem noch zusätzlich enthaltenen Wasserdampfanteil auch deutlich fehlerhafte Bestimmungen gemacht werden können.It is therefore expected that the usual absorption by Per from air samples on activated carbon sampling tubes each according to the additional water vapor content clearly incorrect determinations can be made.
Die Luft im Kopfraum eines Aktivkohle-Festbettreaktors für den biologischen Abbau von Perchlorethylen wurde mit und ohne Permeationstrocknung über ein Aktivkohle-Probenahme röhrchen geleitet und anschließend gaschromatographisch untersucht.The air in the headspace of an activated carbon fixed bed reactor for the biodegradation of perchlorethylene was achieved with and without permeation drying via an activated carbon sampling tubes passed and then by gas chromatography examined.
Die Versuchs-Einrichtung zur Gas-Permeationstrocknung bestand aus zwei gleichen Einheiten, wobei die erste für den Betrieb bei Raumtemperatur (und eventuell auch höher bis max. 90°C) und die zweite bei unter den Gefrierpunkt abgekühlten Tempe raturen (bis maximal -30°C) vorgesehen ist.The test facility for gas permeation drying existed from two identical units, the first one for operation at room temperature (and possibly higher up to max. 90 ° C) and the second at a temperature below freezing temperature (up to a maximum of -30 ° C) is provided.
Für die Untersuchung wurden jeweils 1 Liter beladener Luft mit einem Fluß von 150 ml/min über Aktivkohleröhrchen ge leitet. Zur gaschromatographischen Untersuchung wurde das Aktivkohleröhrchen mit 3 ml Hexan kalt im Ultraschallbad extrahiert und per Kapillar-Gas-Chromatographie auf einer unpolaren Säule (SE-54, 25 m) mit Helium als Trägergas und ECD-Detektion quantitativ bestimmt. Bei Anwendung des Trockners wurde 55 mal mehr Per gefunden als direkt aus dem Reaktor ohne Trocknung.For the investigation, 1 liter of laden air was used with a flow of 150 ml / min over activated carbon tubes directs. This was used for gas chromatographic analysis Activated carbon tube with 3 ml of cold hexane in an ultrasonic bath extracted and by capillary gas chromatography on a non-polar column (SE-54, 25 m) with helium as carrier gas and ECD detection determined quantitatively. When using the Dryer was found 55 times more per than directly from the Reactor without drying.
In einem zweiten Versuch wurde die zweite Trocknungszeit auf 0°C abgekühlt und auf diese Weise sogar der 150fache Per- Gehalt ermittelt.In a second trial, the second drying time was set to Cooled to 0 ° C and in this way even 150 times the Salary determined.
Die Versuchsanordnung und Chromatogramme sind in Fig. 3 und 4 dargestellt. Dabei ist darauf zu achten, daß die getrocknete Probe für die Bestimmung 1 : 50 verdünnt werden mußte.The experimental setup and chromatograms are shown in FIGS. 3 and 4. It must be ensured that the dried sample had to be diluted 1:50 for the determination.
Bei der Verbrennung von Treibstoffen entsteht aus den Kohlen wasserstoffen des Treibstoffes Wasser. Bei kälteren Außen temperaturen wird dies unmittelbar nach Verlassen des Aus puffes bereits als "Auspuffnebel" sichtbar. Das Wasser stört die analytischen Abgasuntersuchungen, weil sämtliche Sorptions prozesse durch Wasserdampf beeinträchtigt werden.When fuels are burned, the coal is produced Hydrogens of the fuel water. In the colder outside This will be the temperature immediately after leaving the end puffes already visible as "exhaust mist". The water is annoying the analytical emissions test because all sorption processes are affected by water vapor.
Je 1 Liter Abgas eines Ottomotors (Fiat Ritmo Abarth), ent nommen mit einer Flußgeschwindigkeit von 150 ml/min, mit und ohne Trocknung, wurden über zwei hintereinander geschaltete Kieselgel-Probenahmeröhrchen (Dräger) geleitet und an schließend nach Desorption mit n-Hexan gaschromatographisch untersucht (Hewlett Packard GC 5890 A; Kapillare HP 1 mit 250 µ I.D., Detektion durch Quadrupol-MSD im scan-mode).1 liter of exhaust gas from a gasoline engine (Fiat Ritmo Abarth), ent taken with a flow rate of 150 ml / min, with and without drying, were connected in series over two Silica gel sampling tube (Dräger) directed and on closing after desorption with n-hexane by gas chromatography examined (Hewlett Packard GC 5890 A; capillary HP 1 with 250 µ I.D., detection by quadrupole MSD in scan mode).
Die Versuchsanordnung mit den hintereinandergeschalteten "Trocken 1 D und 2 D" und "Feucht 1 D und 2 D" ist in der Fig. 5 schematisch dargestellt. In den dazugehörigen Chromato grammen (vgl. Fig. 6 und Fig. 7) bezieht sich die nach oben aufgetragene Spur jeweils auf die getrocknete und die nach unten aufgetragene Spur auf die feucht belassene Probe. Ferner ist bei Fig. 6 im linken oberen Teil das Totalchromatogramm des ersten Röhrchens bis 44 Minuten aufgetragen und rechts oben das entsprechende Chromatogramm des nachgeschalteten 2. Röhrchens. Darunter befinden sich vergrößerte Aus schnitte von der 4. bis zur 16. Minute.The experimental arrangement with the "dry 1 D and 2 D" and "wet 1 D and 2 D" connected in series is shown schematically in FIG. 5. In the associated chromatograms (see FIG. 6 and FIG. 7), the upward trace relates to the dried sample and the downward trace to the moist sample. Furthermore, the total chromatogram of the first tube is plotted for up to 44 minutes in the upper left part of FIG. 6 and the corresponding chromatogram of the downstream second tube is shown at the top right. Below are enlarged sections from the 4th to the 16th minute.
Allein der visuelle Vergleich der Chromatogramme läßt er kennen, daß die Komponenten des getrockneten Abgasstromes bereits im ersten Adsorptionsröhrchen nahezu vollständig ge bunden werden, während die Komponenten im feucht belassenen Abgasstrom erst im 2. Röhrchen abgebunden werden, also der Wasserdampf das Festhalten der Komponenten behindert. Bei der genaueren massenspektrometrischen Untersuchung er wiesen sich die Verbindungen des ersten Chromatorgrammab schnittes bis zu 15. Minute als ein- und mehrfach alkylierte Benzolderivate.He leaves the visual comparison of the chromatograms alone know that the components of the dried exhaust gas stream almost completely ge already in the first adsorption tube be tied up while the components are left moist Exhaust gas flow can only be tied in the 2nd tube, i.e. the Water vapor hinders the holding of the components. At the more precise mass spectrometric examination he the connections of the first chromatorgram were rejected cut up to 15 minutes as single and multiple alkylated Benzene derivatives.
Der Hexan-Extrakt des jeweils ersten Röhrchens, getrocknet und feucht belassen, wurde ein zusätzlich auf einem zweiten GC-System untersucht (Carlo-Erba Mega, 250 µ I.D.), Filmdicke 1 µ OV 1,30 m lang, Detektion durch FID). Die FID-Detektion reagiert auf Kohlenwasserstoffe empfindlicher als die massen spektrometrische Detektion im scan-mode. Die dazugehörigen Chromatogramme sind zusammen mit einer auf analoge Weise genommene Dieselabgasprobe in Fig. 7 zusammengestellt. Die deutlich bessere Resorption auf Kieselgel bei den getrockneten Gasströmen wird für beide Fälle ohne weiteres sichtbar. Beim Abgas des Benzinmotors werden die Komponenten bis zu 15. Mi nute des Chromatogrammes im feucht belassenen Abgasstrom durchschnittlich nur zwischen 25 und 65% besser festgehalten, in einigen Fällen sogar nahezu überhaupt nicht.The hexane extract of the first tube, dried and left moist, was also examined on a second GC system (Carlo-Erba Mega, 250 µ ID), film thickness 1 µ OV 1.30 m long, detection by FID). FID detection is more sensitive to hydrocarbons than mass spectrometric detection in scan mode. The associated chromatograms are compiled in FIG. 7 together with a diesel exhaust gas sample taken in an analogous manner. The significantly better absorption on silica gel in the dried gas streams is readily visible in both cases. For gasoline engine exhaust, the components are held up to 15 minutes of the chromatogram in the moist exhaust gas flow only on average between 25 and 65% better, in some cases almost not at all.
Die IR-Spektroskopie ist eine leistungsfähige Methode zur Identifizierung organischer Verbindungen. Zumindest läßt sich auf diesem Wege leicht eine Aussage über funktionelle Gruppen finden und damit die Verbindung ihrer Substanzklasse zuordnen. Was den Einsatz in der Analytik gasförmiger Proben betrifft, so liefert diese Methode nur in Teilbereichen wirklich befriedigende Resultate, weil große Teile des Gesamt spektrums durch den in Luft stets weit überwiegenden Wasser dampf verdeckt werden.IR spectroscopy is a powerful method for Identification of organic compounds. At least lets easily make a statement about functional Find groups and thus the connection of their substance class assign. As for use in the analysis of gaseous samples concerns, this method delivers only in partial areas really satisfactory results because much of the total spectrum due to the water, which is always predominant in air covered with steam.
Aus einem Raum, in dem mit Acrolein hantiert wurde, wurden 1,8 Liter Raumluft in eine evakuierte IR-Gas-Küvette von ca. 4 l Inhalt mit Mehrfach-Reflektion und insgesamt etwa 35 m Lichtweg eingezogen.From a room that was used with acrolein 1.8 liters of ambient air in an evacuated IR gas cuvette of approx. 4 l content with multiple reflection and a total of about 35 m Light path drawn in.
Einmal wurde die Luft direkt in die Küvette gezogen und ein weiteres Mal zuvor über den Permeationstrockner (Strömungs geschwindigkeit 150 ml/min). Die Feuchtigkeit der Raumluft betrug 50%. Once the air was drawn directly into the cuvette and one again before using the permeation dryer (flow speed 150 ml / min). The humidity of the room air was 50%.
Die für Acrolein charakteristische und intensive Carbonyl schwingung um 1700 cm-1 wird nur bei der getrockneten Luft probe sichtbar (siehe Fig. 8 u. 9).The intense and intense carbonyl oscillation around 1700 cm -1 which is characteristic of acrolein is only visible in the dried air sample (see Fig. 8 and 9).
Wie bereits erwähnt, ist eine wesentliche erfindungsgemäße Ausgestaltung des anmeldungsgemäßen Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung, daß die zu messende Luft zu nächst komprimiert und gleichzeitig erwärmt wird, damit der Taupunkt nicht unterschritten wird. In der ersten Trocknungs stufe durchströmt die Luft ein nur für Wasserdampf durch lässiges Filter, wird anschließend in einer zweiten Stufe auf wenige Grade über dem Nullpunkt abgekühlt und nochmals in der gleichen Weise gefiltert.As already mentioned, an essential one is according to the invention Design of the method according to the application or corresponding device that the air to be measured too is next compressed and heated at the same time so that the Dew point is not fallen below. In the first drying stage flows through the air only for water vapor casual filter, is then in a second stage cooled to a few degrees above zero and again filtered in the same way.
Man erreicht dadurch, daß die Luft auf einen Taupunkt von ca. -30°C abgekühlt wird. Das entspricht einem Wasser gehalt von ca. 350 mg H2O/m3, und dies ohne organische Inhaltsstoffe der Luft zu verlieren.This is achieved by cooling the air to a dew point of approx. -30 ° C. This corresponds to a water content of approx. 350 mg H 2 O / m 3 , and this without losing organic matter in the air.
Anwendungsbereiche eines solchen Luftproben-Trockners bzw. des entsprechenden Verfahrens dazu sind zum Beispiel IR-spektroskopische und gaschromatographische Spurenbe stimmungen in feuchter Luft, Arbeitsplatzuntersuchungen, Abgasanalysen bei Kraftfahrzeugen.Areas of application of such an air sample dryer or the corresponding procedure for this are for example IR spectroscopic and gas chromatographic trace moods in damp air, workplace examinations, Exhaust gas analysis in motor vehicles.
Alle vorbeschriebenen oder in den Ansprüchen aufgeführten Einzelmerkmale können einzeln oder in beliebiger Kombi nation miteinander erfindungswesentlich sein.All of the above or listed in the claims Individual features can be used individually or in any combination nation essential to one another.
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2695568A1 (en) * | 1992-09-14 | 1994-03-18 | Air Liquide | Method and installation for gas separation by permeation. |
| EP0620435A2 (en) * | 1993-04-13 | 1994-10-19 | MANNESMANN Aktiengesellschaft | Apparatus for preparing gas samples for analysis |
| US5399188A (en) * | 1993-12-01 | 1995-03-21 | Gas Research Institute | Organic emissions elimination apparatus and process for same |
| WO2002038250A1 (en) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | Clearwater International, L.L.C. | Gas dehydration using membrane and potassium formate solution |
| US6432169B1 (en) | 1999-06-17 | 2002-08-13 | Daimlerchrysler Ag | Method and process for drying gas |
| US6517607B2 (en) * | 2001-06-04 | 2003-02-11 | Gas Technology Institute | Method and apparatus for selective removal of a condensable component from a process stream with latent heat recovery |
| US7220358B2 (en) | 2004-02-23 | 2007-05-22 | Ecolab Inc. | Methods for treating membranes and separation facilities and membrane treatment composition |
| US7247210B2 (en) | 2004-02-23 | 2007-07-24 | Ecolab Inc. | Methods for treating CIP equipment and equipment for treating CIP equipment |
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1988
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5429662A (en) * | 1992-09-14 | 1995-07-04 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes George Claude | Process and installation for the separation of gas by permeation |
| EP0588705A1 (en) * | 1992-09-14 | 1994-03-23 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process and installation for gas separation by permeation |
| FR2695568A1 (en) * | 1992-09-14 | 1994-03-18 | Air Liquide | Method and installation for gas separation by permeation. |
| EP0620435A2 (en) * | 1993-04-13 | 1994-10-19 | MANNESMANN Aktiengesellschaft | Apparatus for preparing gas samples for analysis |
| EP0620435A3 (en) * | 1993-04-13 | 1996-02-28 | Mannesmann Ag | Apparatus for preparing gas samples for analysis. |
| US5399188A (en) * | 1993-12-01 | 1995-03-21 | Gas Research Institute | Organic emissions elimination apparatus and process for same |
| WO1995015206A1 (en) * | 1993-12-01 | 1995-06-08 | Gas Research Institute | Organic emissions elimination process |
| US6432169B1 (en) | 1999-06-17 | 2002-08-13 | Daimlerchrysler Ag | Method and process for drying gas |
| WO2002038250A1 (en) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | Clearwater International, L.L.C. | Gas dehydration using membrane and potassium formate solution |
| US6517607B2 (en) * | 2001-06-04 | 2003-02-11 | Gas Technology Institute | Method and apparatus for selective removal of a condensable component from a process stream with latent heat recovery |
| US7220358B2 (en) | 2004-02-23 | 2007-05-22 | Ecolab Inc. | Methods for treating membranes and separation facilities and membrane treatment composition |
| US7247210B2 (en) | 2004-02-23 | 2007-07-24 | Ecolab Inc. | Methods for treating CIP equipment and equipment for treating CIP equipment |
| US7392811B2 (en) | 2004-02-23 | 2008-07-01 | Ecolab Inc. | Delivery head for multiple phase treatment composition, vessel including a delivery head, and method for treating a vessel interior surface |
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