DE19830470C1 - Regenerative system for the adsorption of metabolically produced CO2 - Google Patents
Regenerative system for the adsorption of metabolically produced CO2Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adsorption von metabolisch produziertem CO2 in bemannten geschlossenen oder teilgeschlossenen Räumen.The invention relates to a method for the adsorption of metabolically produced CO 2 in manned closed or partially closed rooms.
In bemannten geschlossenen und teilgeschlossenen Räumen reichert sich die vorhandene Atmosphäre mit metabolisch produzierten Schadstoffen an, insbesondere mit dem bei der metobolischen Atmung kontinuierlich produzierten Kohlenstoffdioxyd (CO2). Da bei höheren atmosphärischen CO2-Gehalten der Gasaustausch in den Alveolen der Lunge (Austausch von CO2 gegen frischen Sauerstoff) behindert bzw. gänzlich unterbunden würde, ist es notwendig, dieses Schadgas aus der geschlossenen oder teilgeschlossenen Atmosphäre zu entfernen.In manned closed and partially closed rooms, the existing atmosphere is enriched with metabolically produced pollutants, in particular with the carbon dioxide (CO 2 ) continuously produced during metobolic breathing. Since gas exchange in the alveoli of the lungs (exchange of CO 2 for fresh oxygen) would be hindered or completely prevented at higher atmospheric CO 2 contents, it is necessary to remove this harmful gas from the closed or partially closed atmosphere.
Üblicherweise wird zu diesem Zweck atmosphärische CO2-haltige Luft durch Filter geleitet, die als Filtermedium Substanzen enthalten (z. B. Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxyde), die das CO2 durch chemische Umwandlung mit dem Hydroxyd in eine feste Karbonatverbindung umwandeln. Diese genannten Verfahren sind vor Ort jedoch nicht regenerierbar, d. h. daß verbrauchtes Absorbermaterial regelmäßig gegen frisches Material ersetzt werden muß. Aufgrund der dabei anfallendem recht hohen Anforderungen an die Logistik sowie der nicht unerheblichen Betriebsmittelkosten für diese nicht regenerativen Methoden zur CO2-Entfernung aus der Atemluft kommt der Entwicklung regenerativer Methoden eine zunehmende Bedeutung zu.For this purpose, atmospheric CO 2 -containing air is usually passed through filters which contain substances as filter medium (e.g. alkali or alkaline earth metal hydroxides) which convert the CO 2 into a solid carbonate compound by chemical conversion with the hydroxide. However, these methods cannot be regenerated on site, ie that used absorber material must be regularly replaced with fresh material. Due to the very high demands placed on logistics and the not inconsiderable cost of resources for these non-regenerative methods for removing CO 2 from the air we breathe, the development of regenerative methods is becoming increasingly important.
Diese arbeiten beispielsweise mit Molekularsieben oder mit Aminen, entweder als Flüssigkeit (z. B. Monoethanolamin) oder in fester Form, z. B. als Ionenaustauscherharz mit reaktiven Amingruppen.These work, for example, with molecular sieves or with amines, either as Liquid (e.g. monoethanolamine) or in solid form e.g. B. as Ion exchange resin with reactive amine groups.
Aus der DE-PS 20 38 746 ist ein großtechnisches Verfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch bekannt, bei dem als Ionenaustauscherharz ein Gelharz eingesetzt wird, dessen polymere Matrix aus einem Polyvinylbenzol- Divinylbenzol-Mischpolymerisat besteht und mindestens einen sekundären Aminstickstoff aufweist. Die Adsorption bei diesem großtechnischen Verfahren erfolgt typischerweise bei hohen CO2-Partialdrücken höher 1 bar.From DE-PS 20 38 746 an industrial process for the separation of carbon dioxide from a gas mixture is known, in which a gel resin is used as the ion exchange resin, the polymer matrix of which consists of a polyvinylbenzene-divinylbenzene copolymer and has at least one secondary amine nitrogen. The adsorption in this large-scale process typically takes place at high CO 2 partial pressures higher than 1 bar.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Adsorption von metabolisch produziertem CO2 in bemannten, geschlossenen oder teilgeschlossenen Räumen, unter Einsatz eines regenerierbaren Ionenaustauscherharzes zu schaffen, mit dem eine hohe CO2-Bindung erreicht werden kann.It is an object of the invention to provide a process for the adsorption of metabolically produced CO 2 in manned, closed or partially closed rooms using a regenerable ion exchange resin, with which a high CO 2 binding can be achieved.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen. This object is achieved with the method according to claim 1. Beneficial Remarks are the subject of further claims.
Erfindungsgemäß erfolgt die CO2-Bindung an einem makroporösen Ionenaustauscherharz mit Vinylbenzolpolymeren, die mit Divinylbenzol vernetzt sind und die primäre Benzylamine als funktionelle Gruppen enthalten.According to the invention, the CO 2 binding takes place on a macroporous ion exchange resin with vinylbenzene polymers which are crosslinked with divinylbenzene and which contain primary benzylamines as functional groups.
Es wurde gefunden, daß Harze mit primären Benzylamingruppen eine besonders hohe Bindefähigkeit für gasförmiges CO2 aufweisen. Die Aufnahmekapazität des Harzes für CO2 bei normalen atmosphärischen Bedingungen (bei ca. 20°C und ca. 50% relativer Feuchte) beträgt bei Sättigung mindestens 60 g CO2/kg Harz bezogen auf die Harztrockenmasse. Die aktuelle Aufnahmefähigkeit des Harzes hängt von unterschiedlichen Parametern ab, beispielsweise den thermodynamischen Randbedingungen (z. B. Temperatur, Feuchte, CO2-Konzentration in der Umgebung) der zu kontrollierenden Atmosphäre sowie von der Qualität des Regenerationsprozesses. Die genannten Beladungswerte konnten experimentell ermittelt und anschließend die experimentellen Resulte durch die Aufnahme von Adsorptionsisothermen bestätigt werden.It has been found that resins with primary benzylamine groups have a particularly high binding capacity for gaseous CO 2 . The absorption capacity of the resin for CO 2 under normal atmospheric conditions (at approx. 20 ° C and approx. 50% relative humidity) is at least 60 g CO 2 / kg resin based on the dry resin mass. The current absorption capacity of the resin depends on various parameters, for example the thermodynamic boundary conditions (e.g. temperature, humidity, CO 2 concentration in the environment) of the atmosphere to be controlled and the quality of the regeneration process. The loading values mentioned could be determined experimentally and the experimental results then confirmed by the inclusion of adsorption isotherms.
Bevorzugte Parameter des erfindungsgemäß einzusetzenden
Ionenaustauscherharzes sind:
Preferred parameters of the ion exchange resin to be used according to the invention are:
- - Vernetzungsgrad 2 bis 10%.- Degree of crosslinking 2 to 10%.
- - Konzentration der funktionellen Gruppen zwischen 2 und 3 mol/l.- Concentration of the functional groups between 2 and 3 mol / l.
- - Porosität zwischen 20 und 30%.- porosity between 20 and 30%.
- - mittlerer Porendurchmesser zwischen 200 und 300 Angström.- average pore diameter between 200 and 300 angstroms.
In einer vorteilhaften Ausführung wird das Ionenaustauscherharz dem CO2- enthaltenden Gasgemisch d. h. der in geschlossenen und teilgeschlossenen Räumen vorhandenen Atemluft ausgesetzt, indem die Luft mittels eines Lüfters durch eine Ionenaustauscherharzschüttung geführt wird. Beim Druchströmen der Schüttung werden die CO2-Moleküle an den funktionellen primären Benzylamingruppen auf den äußeren und den inneren Oberflächen der makroporösen Harzkügelchen (Durchmesser typischerweise im Bereich von 0,3 bis 1,3 mm) gebunden und das durchströmende Medium wird entsprechend abgereichert. In an advantageous embodiment, the ion exchange resin is exposed to the CO 2 -containing gas mixture, ie to the breathing air present in closed and partially closed rooms, in that the air is passed through an ion exchange resin bed by means of a fan. When flowing through the bed, the CO 2 molecules are bound to the functional primary benzylamine groups on the outer and inner surfaces of the macroporous resin beads (diameter typically in the range from 0.3 to 1.3 mm) and the medium flowing through is depleted accordingly.
Die Regeneration des Harzes kann auf mehrere Weisen erfolgen; die Wahl der
Regenerationsart hängt dabei vom aktuellen Anwendungsfall und von anderen
technischen sowie logistischen Randbedingungen ab:
The resin can be regenerated in several ways; The choice of regeneration type depends on the current application and other technical and logistical constraints:
- - Regeneration des Harzes durch Applikation von leicht überhitztem Wasserdampf bei atmosphärischen Bedingungen und dadurch bedingter Austreibung des CO2.- Regeneration of the resin through the application of slightly superheated steam under atmospheric conditions and the resulting expulsion of the CO 2 .
- - Regeneration des Harzes durch Applikation eines Unterdrucks mit oder ohne zusätzlicher Applikation von Wärme (z. B. als Wasserdampf) und dadurch bedingter Austreibung des CO2.- Regeneration of the resin by applying a negative pressure with or without additional application of heat (e.g. as water vapor) and the resulting expulsion of the CO 2 .
- - Regeneration des Harzes durch Applikation von erwärmter oder nicht erwärmter CO2 freier Luft und dadurch bedingter Austreibung des CO2.- Regeneration of the resin by application of heated or non-heated CO 2 free air and the resulting expulsion of the CO 2 .
Bevorzugte Anwendungsgebiete sind die CO2-Bindung in Lebenserhaltungssystemen für Raumfahrzeuge oder Unterseeboote sowie die Klimakontrolle in Flugzeugen.Preferred areas of application are CO 2 binding in life support systems for spacecraft or submarines as well as climate control in aircraft.
Das erfindungsgemäße einzusetzende Ionenaustauscherharz selbst sowie seine Herstellung ist in der DE-OS 25 19 244, die in soweit in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung miteinbezogen wird, beschrieben.The ion exchange resin itself to be used according to the invention and its Production is in DE-OS 25 19 244, which in so far in the disclosure of present application is described.
Die Herstellung des Ionenaustauscherharzes erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform durch Umsetzung der mit Divinylbenzol vernetzten Vinylbenzol- Polymere in Gegenwart von Quellungsmitteln und anschließender Verseifung, wobei die Polymere mit einem Bis-(dicarbonimidoalkyl)-äther in Gegenwart von Schwefeltrioxid zur Umsetzung gebracht werden. Durch den Verseifungsvorgang werden die Benzylamin-Gruppen in die Matrix eingebaut.The ion exchange resin is produced in a preferred manner Embodiment by reacting the vinylbenzene crosslinked with divinylbenzene Polymers in the presence of swelling agents and subsequent saponification, where the polymers with a bis (dicarbonimidoalkyl) ether in the presence of Sulfur trioxide to be implemented. Through the saponification process the benzylamine groups are built into the matrix.
Bevorzugt werden 0,1 bis 1,5 Mol Schwefeltrioxid pro Mol Bis-(dicarbonimidoalkyl)- äther eingesetzt.0.1 to 1.5 moles of sulfur trioxide are preferred per mole of bis (dicarbonimidoalkyl) ether used.
Das Schwefeltrioxid kann der Reaktionsmischung in ungelöster Form zugegeben werden. Alternativ kann das Schwefeltrioxid der Reaktionsmischung als Lösung in H2SO4 zugeführt werden.The sulfur trioxide can be added to the reaction mixture in undissolved form. Alternatively, the sulfur trioxide can be added to the reaction mixture as a solution in H 2 SO 4 .
Als Bis-(dicarbonimidoalkyl)-äther kann insbesondere der Bis-(phthalimidomethyl)- äther eingesetzt werden.As bis (dicarbonimidoalkyl) ether, in particular bis (phthalimidomethyl) be used ether.
Anstelle der Reaktionskomponenten Bis-(dicarbonimidoalkyl)-äther und Schwefeltrioxid kann auch ein Addukt dieser Komponenten zur Reaktion eingesetzt werden.Instead of the reaction components bis (dicarbonimidoalkyl) ether and Sulfur trioxide can also be used as an adduct of these components for the reaction become.
Im folgenden werden mehrere konkrete Ausführungsbeispiele für die Herstellung eines erfindungsgemäß einzusetztenden Ionenaustauscherharzes im einzelnen beschrieben.The following are several specific examples of manufacturing of an ion exchange resin to be used according to the invention in detail described.
600 g Phthalimid, 364 g wässrige Formaldehydlösung (37%), 2400 g Äthylenchlorid und 50 ml Sodalösung (10%) wurden unter Rühren langsam erwärmt. Nach etwa 2 Stunden entstand bei ca. 73°C eine klare Lösung, die sich nach Stillsetzen des Rührens in 2 Phasen auftrennte. Die untere Äthylenchlorid-Phase wurde abgetrennt.600 g phthalimide, 364 g aqueous formaldehyde solution (37%), 2400 g ethylene chloride and 50 ml of soda solution (10%) were slowly heated with stirring. After about 2 Hours, a clear solution was formed at approx. 73 ° C, which can be removed after the Stirring separated into 2 phases. The lower ethylene chloride phase was separated.
2500 g der so gewonnenen, wasserhaltigen N-Methylolphthalimid-Lösung (Gehalt: 530 g N-Methylolphthalimid) wurden unter leichtem Sieden unter Verwendung eines Wasserauskreisers in 2,5 Stunden entwässert. Zur Bildung von Bis- (phthalimidomethyl)-äther versetzte man mit 5 g Schwefelsäure (98%) und kreiste das Reaktionswasser in 12 Stunden aus. Anschließend wurden 200 ml Äthylenchlorid abdestilliert. Die Reaktionslösung enthielt dann 480 g Bis-(phthalimidomethyl)-äther, Spuren N-Methylolphthalimid und Phthalimid. Die so erhaltene Lösung wurde auf 20 bis 25°C abgekühlt, wobei ein Teil des Bis-(phthalimidomethyl)-äthers ausfiel. Anschließend wurde die Suspension unter Rühren und Außenkühlung bei 22 bis 30° C mit 120 g flüssigem Schwefeltrioxid versetzt. Dabei bildete sich das Schwefeltrioxid-Äther-Addukt, und es entstand eine klare Lösung. Nach dem Abklingen der Reaktionswärme wurden dem Ansatz 150 g eines mit 6% Divinylbenzol (dies kann allgemein in unterschiedlichen Isomeren vorliegen, z. B. als o-, m und/oder p-Divinylbenzol) vernetzten, makroporösen Styrolperlpymerisates, das durch Polymerisation in Gegenwart von, bezogen auf das Monomerengericht, 70% eines C12-Kohlenwasserstoffgemisches erhalten worden war, hinzugefügt. Nach Abklingen der Wärmeentwicklung ließ man in 23 Stunden bei 70°C ausreagieren.2500 g of the water-containing N-methylolphthalimide solution thus obtained (content: 530 g of N-methylolphthalimide) were dewatered with gentle boiling using a water separator in 2.5 hours. To form bis (phthalimidomethyl) ether, 5 g of sulfuric acid (98%) were added and the water of reaction was removed in 12 hours. 200 ml of ethylene chloride were then distilled off. The reaction solution then contained 480 g of bis (phthalimidomethyl) ether, traces of N-methylolphthalimide and phthalimide. The solution thus obtained was cooled to 20 to 25 ° C, whereby part of the bis (phthalimidomethyl) ether precipitated. The suspension was then mixed with 120 g of liquid sulfur trioxide with stirring and external cooling at 22 to 30 ° C. The sulfur trioxide ether adduct was formed and a clear solution was formed. After the heat of reaction had subsided, 150 g of a macroporous styrene bead polymer crosslinked with 6% divinylbenzene (this can generally be present in different isomers, e.g. as o-, m and / or p-divinylbenzene), which had been polymerized in the presence of of, based on the monomer dish, 70% of a C 12 hydrocarbon mixture had been added. After the heat had subsided, the mixture was left to react at 70 ° C. in 23 hours.
Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsflüssigkeit abgesaugt und restliches Äthylenchlorid mit Wasserdampf abgetrieben. Das Reaktionsprodukt wurde mit 25%-iger Natronlauge 10 Stunden auf 180 bis 185°C erhitzt und anschließend mit Wasser neutral gewaschen. Man erhielt so 1090 ml eines Anionenaustauschers mit einem Säurebindungsvermögen von 2,21 Val/l gegenüber n/10 HCL.After cooling, the reaction liquid was suctioned off and the remaining ethylene chloride was driven off with steam. The reaction product was heated with 25% sodium hydroxide solution at 180 to 185 ° C. for 10 hours and then washed neutral with water. This gave 1090 ml of an anion exchanger with an acid-binding capacity of 2.21 Val / l compared to n / 10 HCL.
S-Gehalt in der Trockensubstand: <0,1 Gewichtsprozent.S content in the dry matter: <0.1 percent by weight.
Wurden 150 g eines mit 5% Divinylbenzol vernetzten und durch Zusatz von, bezogen auf das Monomerengewicht, 63% eines C12-Kohlenwasserstoffgemisches porös gemachten Styrolpolymerisates wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt, so erhielt man 880 ml eines Anionenaustauschers mit einem Säurebindungsvermögen von 2,97 Val/l gegenüber n/10 Hcl. S-Gehalt in der Trockensubstanz: <0,1 Gewichtsprozent.If 150 g of a styrene polymer crosslinked with 5% divinylbenzene and treated by adding, based on the monomer weight, 63% of a C 12 hydrocarbon mixture made porous as described in Example 1, 880 ml of an anion exchanger with an acid-binding capacity of 2.97 was obtained Val / l versus n / 10 Hcl. S content in dry matter: <0.1 percent by weight.
In eine Lösung von 477 g Bis-(phthalimidomethyl)-äther in Äthylenchlorid, hergestellt wie in Beispiel 1 angegeben, wurden unter Rühren bei 25°C innerhalb von 5 Minuten 120 g flüssiges Schwefeltrioxyd eingetragen. Die Lösung erwärmte sich auf 45°C. Nach Zusatz von 318 g des in Beispiel 1 verwendeten makroporösen Styrolperlpoylmerisates und 1400 g Äthylenchlorid wurde der Ansatz 48 Stunden bei 20 bis 25°C verrührt und anschließend, wie in Beispiel 1 beschrieben, aufgearbeitet. Das gebildete Anionenaustauscherharz enthielt in der Trockenmasse 81,35% C; 9,25% N; <0,1% S. Somit verlief die Umsetzung mit dem Bis-(phthalimidomethyl)-äther praktisch vollständig (errechnet aus der Elementaranalyse).In a solution of 477 g of bis (phthalimidomethyl) ether in ethylene chloride as indicated in Example 1, were stirred at 25 ° C within 5 minutes 120 g of liquid sulfur trioxide entered. The solution warmed up to 45 ° C. After adding 318 g of the macroporous material used in Example 1 Styrolperlpoylmerisates and 1400 g of ethylene chloride, the approach was 48 hours Stirred 20 to 25 ° C and then worked up as described in Example 1. The anion exchange resin formed contained 81.35% C in the dry matter; 9.25% N; <0.1% S. The reaction with the bis (phthalimidomethyl) ether was therefore practical complete (calculated from the elementary analysis).
Meßergebnisse, die bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt worden sind, sind in dem Diagramm nach Fig. 1 dargestellt. Die beiden Kurven im Diagramm zeigen CO2-Konzentrationsverläufe über einen längeren Zeitraum innerhalb einer geschlossenen Atmosphäre bei konstanter Zufuhr von reinem CO2. Die obere Kurve 1 zeigt die CO2-Konzentration in der in den Adsorber eintretenden Luft, diese Konzentration repräsentiert die aktuelle Atmosphärenkonzentration. Die untere Kurve 2 zeigt die im Auslaß der Adsorptionsanlage gemessene CO2-Konzentration. Abhängig von der gewählten Adsorberkonfiguration und von der aktuellen CO2-Produktionsrate stellt sich nach einiger Zeit eine annähernd konstante CO2-Konzentration in der geschlossenen Atmosphäre ein, im Falle der im Diagramm gewählten Konfiguration liegt dieser Wert bei ca. 0,2 bis 0,22 Vol.-% CO2. Aus dem Diagramm ist somit ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Adsorptionsverfahren es erlaubt, unerwünscht hohe CO2- Konzentrationen in der Atmosphäre effektiv abzubauen.Measurement results which have been determined when the method according to the invention is carried out are shown in the diagram according to FIG. 1. The two curves in the diagram show CO 2 concentration profiles over a longer period of time within a closed atmosphere with constant supply of pure CO 2 . The upper curve 1 shows the CO 2 concentration in the air entering the adsorber, this concentration represents the current atmospheric concentration. The lower curve 2 shows the CO 2 concentration measured in the outlet of the adsorption system. Depending on the selected adsorber configuration and the current CO 2 production rate, an approximately constant CO 2 concentration is established in the closed atmosphere after some time; in the case of the configuration selected in the diagram, this value is approximately 0.2 to 0. 22 vol% CO 2 . It can thus be seen from the diagram that the adsorption process according to the invention makes it possible to effectively reduce undesirably high CO 2 concentrations in the atmosphere.
Die dem Diagramm zugrunde liegenden Randbedingungen sind wie folgt: Der Adsorber (bestehend aus drei einzelnen Adsorberbetten, von denen sich jeweils zwei im Adsorptionsmodus befinden, währenddessen das dritte Bett regeneriert wird) arbeitet in einer gegenüber außen dicht geschlossenen Kabine mit ca. 80 m3 freiem Innenluftvolumen. Die interne Atmosphäre weist normale meteorologische Bedingungen auf (20°C bei ca. 60% Feuchte). Über einen Regler wird ein konstanter CO2-Zufluß von 220 l/h in die Kammer geleitet, dies entspricht einer mittleren CO2- Produktionsrate die von einer 8 bis 9-köpfigen normal arbeitenden Crew freigesetzt würde. Ohne Entfernung dieser CO2-Mengen würde die CO2-Konzentration in der Kabine innerhalb kurzer Zeit für den Menschen kritische Werte übersteigen (nach knapp vier Stunden würde bereits eine CO2-Konzentration von 1 Vol.-% überschritten). Durch den Einsatz des Adsorbers kann die CO2-Konzentration innerhalb der Kabine problemlos und zuverlässig weit unterhalb kritischer Werte gehalten werden (die Grenzwerte für die CO2-Konzentration in physiologischer Hinsicht liegen zwischen 0,2 bis zu 1 Vol.-%, abhängig von der Expositionszeit). Der Kurvenverlauf von Kurve 1 ist folgendermaßen zu erklären.The basic conditions on which the diagram is based are as follows: The adsorber (consisting of three individual adsorber beds, two of which are each in adsorption mode, during which the third bed is being regenerated) works in a cabin that is tightly sealed from the outside with approx. 80 m 3 free Indoor air volume. The internal atmosphere has normal meteorological conditions (20 ° C at approx. 60% humidity). A constant CO 2 inflow of 220 l / h is fed into the chamber via a controller, which corresponds to an average CO 2 production rate that would be released by an 8 to 9-man crew working normally. Without removing these amounts of CO 2 , the CO 2 concentration in the cabin would quickly exceed critical values for humans (after just four hours a CO 2 concentration of 1% by volume would be exceeded). By using the adsorber, the CO 2 concentration inside the cabin can easily and reliably be kept well below critical values (the limit values for the CO 2 concentration in physiological terms are between 0.2 and 1% by volume, depending on the exposure time). The curve shape of curve 1 can be explained as follows.
Zu Beginn des Versuchs befindet sich der Adsorber in einem undefinierten Zustand, der davon abhängig ist, wie der vorangegangene Einsatz beendet wurde. Durch Zugabe von CO2 in die abgeschlossene Kammer steigt die entsprechende Konzentration innnerhalb der Kammer kontinuierlich an. Erst nachdem das erste frische Bett (ca. 11:20 h) in Adsorption geschaltet wird, wird CO2 aus der Atmosphäre abgereichert. Da zu Beginn eines jeden Adsorptionszyklus die Aufnahmekapazität des Adsorberharzes für CO2 höher ist als die in die Kammer zuströmende Menge, wird mehr CO2 im Harz gebunden als von extern zugeführt wird. Entsprechend nimmt die mittlere CO2-Konzentration in der Kammer ab, was im weiteren Verlauf von Kurve 1 deutlich zu entnehmen ist. Mit der Zeit nimmt die Aufnahmefähigkeit des Adsorberharzes für CO2 kontinuierlich bis theoretisch zur vollständigen Sättigung ab. Die mittlere CO2-Konzentration in der Kammer sinkt, solange die verbleibende Aufnahmekapazität des Harzes für CO2 höher ist als die gleichzeitig von extern zuströmende Menge an CO2. Die mittlere CO2-Konzentration in der Kammer stagniert, wenn sich die verbleibende Aufnahmekapazität des Harzes und zuströmende CO2-Menge die Waage halten, bei noch weiterem Absinken der Aufnahmekapazität des Harzes bei gleichbleibender zugeführter CO2-Menge steigt die mittlere CO2-Konzentration in der Kammer wieder an, solange bis das nächste frische Bett in die Adsorption und gleichzeitig das gesättigte Bett in die Desorption geschaltet werden. Für den Fall, daß sich die mittlere Aufnahmekapazität und die zugeführte CO2-Menge zu Waage halten, stellt sich eine konstante mittlere CO2- Konzentration in der Kabine ein. Wenn sich aus dieser Konstellation heraus die kontinuierlich zugeführte Menge an CO2 erhöht oder erniedrigt, stellt sich asymptotisch ein neuer höherer oder niedrigerer Gleichgewichtszustand für die mittlere CO2-Konzentration in der Kabine ein.At the start of the experiment, the adsorber is in an undefined state, which depends on how the previous application was ended. By adding CO 2 to the closed chamber, the corresponding concentration inside the chamber rises continuously. Only after the first fresh bed (approx. 11:20 h) is switched into adsorption is CO 2 from the atmosphere depleted. Since at the beginning of each adsorption cycle the absorption capacity of the adsorber resin for CO 2 is higher than the amount flowing into the chamber, more CO 2 is bound in the resin than is supplied externally. The mean CO 2 concentration in the chamber decreases accordingly, which can be clearly seen in the further course of curve 1 . Over time, the absorption capacity of the adsorber resin for CO 2 decreases continuously to theoretically to full saturation. The average CO 2 concentration in the chamber drops as long as the remaining absorption capacity of the resin for CO 2 is higher than the amount of CO 2 flowing in from the outside at the same time. The average CO stagnant 2 concentration in the chamber when the remaining recording capacity of the resin and inflowing amount of CO 2 balance each other, at even further decrease in the recording capacity of the resin for the same supplied amount of CO 2, the average CO 2 increases concentration in the chamber again until the next fresh bed is switched into adsorption and at the same time the saturated bed into desorption. In the event that the average absorption capacity and the amount of CO 2 supplied are balanced, a constant average CO 2 concentration is established in the cabin. If the continuously supplied amount of CO 2 increases or decreases from this constellation, a new higher or lower equilibrium state for the average CO 2 concentration in the cabin is asymptotically established.
Der Konzentrationsverlauf im Ausgang des Adsorbers (Kurve 2) folgt der Konzentration in der Kabine selbst, allerdings auf deutlich niedrigerem Niveau.The concentration curve in the outlet of the adsorber (curve 2 ) follows the concentration in the cabin itself, but at a significantly lower level.
Das eingesetzte Adsorberharz wies folgende Eigenschaften auf:
Konzentration der funktionellen Gruppen: 2,4 mol/l
Porosität: 25%
mittlerer Porendurchmesser: 250 Angström
Oberfläche: (BET) 50 m2/g
Feuchtegehalt: ca. 65 bis 70%
Temperaturstabilitätsbereich: -10 bis +100°C.The adsorber resin used had the following properties:
Concentration of functional groups: 2.4 mol / l
Porosity: 25%
average pore diameter: 250 angstroms
Surface: (BET) 50 m 2 / g
Moisture content: approx. 65 to 70%
Temperature stability range: -10 to + 100 ° C.
Claims (6)
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