Untersuchung der chemischen und thermischen Degradation ......2018/11/14 ·...

Sitzung Projektbegleitender Ausschuss14.November 2018

Untersuchung der chemischen und thermischen Degradation von abreinigbaren Filtermedien und Verbesserung deren Beständigkeit durch Oberflächenmodifikation(IGF-Projekt 18307 N)

Universität Duisburg-Essen NPPT,

An-Institut der

An-Institut der

Universität Duisburg Essen NPPT, Duisburg (FS1, UniDUE)

Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH, Krefeld (FS 2, DTNW)

Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., Duisburg (FS 3, IUTA)

Zielparameter für abreinigbare Filtermedien

DIN ISO 11057 [2012-05] EN ISO 16891 [2016-12]

• Verlauf von Restdruckverlust und Zykluszeit bei wiederholter Staubbeaufschlagung und Abreinigung

• Beanspruchung gegenüber Schadgasen in Flusszelle oder Batchbetrieb

• Untersuchung der relativen • Abscheideverhalten und

Partikeldruchtritt über 30 Zyklen vor und nach Alterungsphase

gEigenschaftsänderung bei der chem.therm. Alterung abreinigbarer Filtermedien

• Veränderung von Zugfestigkeit und Bruchdehnung längs/quer

Duisburg, 14.11.2018 Achim Hugo 2

1. Ergebnisse zu mechanischen Alterungsuntersuchungen

2. Ausstehende Arbeiten

Inhalte

Achim HugoDuisburg, 14.11.2018 4

• Mechanische Alterung vor und nach chemischer/oxidativerBehandlung

• Temperatureinwirkung im Verlaufe beider Behandlungsschritte (größere Einwirkdauer)

Mechanische Alterungsuntersuchungen

(g )

• Zeitbedarf beschränkte Medienauswahl: APA (Aramid A, Aramid B), PPS ohne / mit Beschichtung(en)

• Wasserdampfbeaufschlagung


Versuchsanlage, VDI 3926 B1 u. ISO 11057


Dispergier -strecke

Misch-kammer

Differenzdruck -messung

MFC MFC MFC

Schadgase Feuchte - und Temperatur -messung

stfil

ter

MFC

Peripherie Versuchsstand

strecke

Partikel -dispergierer

Volumenstrom -messung

Differenzdruck -messung

Absolut -filter

Adsorptions -filter

Staubbunker

Druck -minderer

MFC

kammer

Blasen-säule

Pumpe

Wärme -tauscher

Druckluft -behälter

Kondensat -ablass

Partikel

Tes

MFC

Kühlwasser

Abluft

Pumpe

Druck -minderer

Filter

Kondensat -behälter

Druckluftnetz

Luft (Partikelfrei)AerosolAerosol + WasserWasserKondensatPartikel

Kondensatablass


Feuchtedosierung (beheizte Blasensäule)

Duisburg, 14.11.2018 Achim Hugo 8

Filterprüfung nach DIN ISO 11057 2012-05

Phasen Bezeichnung Bedingungen (1) Bedingungen (2) Filterwägung

differenzdruckgesteuert

1. Phase Konditionierung 30 Beladezyklen

differenzdruckgesteuert, Abreinigungsdruckpunkt1000 Pa Absolutfilter

2. Phase Künstliche Alterung 2.500 Abreinigungszyklen zeitgetaktet alle 20 sec. nein

3. Phase Stabilisierung 10 Beladungszyklen

differenzdruckgesteuert, Abreinigungsdruckpunkt1000 Pa nein

30 Beladezyklen, mindestens 2 h

differenzdruckgesteuert, Abreinigungsdruckpunkt ja,

4. Phase Messungmindestens 2 h Beladedauer

Abreinigungsdruckpunkt1000 Pa

ja, Absolutfilter


Ergebnisdarstellung – Prüfbericht VDI 3926

Prüfbericht‐Nr.: 12

Kunde: Prüflabor:

Projekt: Prüfer: Todt

Prüfreferenz‐Nr.: Datum: 19.10.2018

Prüfparameter

Prüfstaub: Pural NF Zykluszeit während Alterung: 20 [s]

Prüfstaubkonzentration: 5 [g/m³] Luftdruck bei Abreinigung: 0,5 [MPa]

Filteranströmgeschwindigkeit: 118,8 [m/h] Ventilöffnungszeit: 60 [ms]

Abreinigungsdruck: 1000 [Pa] Feuchte Start / Ende Prüfung: 34 / 30 [%]

Prüffilterfläche: 0,0216 [m²] Lufttemperatur Start / Ende Prüfung: 27,1 / 31,8 [°C]

Durchströmte Filterfläche: 0,0177 [m²] Luftdruck Start / Ende Prüfung: 1005 / 1007 [hPa]

Prüfphasen: 30 Zyklen + Alterung 2 x 1250 Zyklen + 10 Zyklen zur Stabilisierung + 2 h 1000 Pa

Filtermedium

Hesteller: Aramid B Ausrüstung:

Typ: Aramid Chargen‐Nr.:

Filterbeschreibung: Bedingung:

Faserbeschreibung: Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa: 200 [l/dm²*min]

Flächenmasse: 500 [g/m²] Dicke: 2,5 [mm]

Filtermasse: 11,22 [g]

Prüfergebnisse


StartNach 30.

ZyklusAlterung Messung

Masse von Prüffilter [g]: 11,22 11,57 12,74 12,97

Massenzuwachs beim Filter [g]: ‐‐‐ 0,35 1,52 1,75

Abreinigung bei: 1000 Pa Alle 20 s 1000 Pa

Prüfstadium / Zyklen: 0 30 30

(Rest) Druckverlust [Pa]: 36 60 310

Staubeinlagerungsmasse [g/m²]: 0 19,8 98,9

Zykluszeit [s]: ‐‐‐ 526 392

Prüfphase: 2 h

Prüfstaubdurchschlag [mg]: 7,13

Messzeit [s]: 13065

Reingaskonzentration [mg/m³]: 0,93

Alterung: 2500 Abreinigungsstöße

Erste 30 Zyklen

42,48

20568

3,54

10

12

bar

Vor Alterung Nach Alterung

Restdruckverlust vor Alterung Restdruckverlust nach Alterung

Aramid A, Messung vor/nach Alterung

Teststaub Pural, Konz. 5 g/m³, Filterflächenbelastung 118,8 m³/(m²h)30 Abreinigungszyklen bei Δp = 10 mbar

4

6

8

10

zdruck Testfilter / mb

0

2

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Differen

t / s

1400

1600

3

3,5

bar

Aramid A, Zeitlicher Verlauf Filterprüfung nach DIN ISO 11057 vor/nach AlterungTeststaub Pural, Konz. 5 g/m³, Filterflächenbelastung 118,8 m³/(m²h), jeweils

30 Abreinigungszyklen bei Enddruck 1000 Pa

600

800

1000

1200

1400

1,5

2

2,5

3

yklusdauer / s

verlust Testfilter / mb

Restdruckverlust

Z kl dAlterung

(2500

0

200

400

0

0,5

1

Zy

Restdruckv

t

Zyklusdauer(2500 Zyklen)

3,6 h 2 h

6

Aramid A, Druckverlust über den Alterungsverlauf

2500 Abreinigungszyklen a 20 sec., Teststaub Pural, Konz. 5 g/m³, Filterflächenbelastung 118,8 m³/(m²h)

2

3

4

5

kverlust / m

bar

0

1

2

0 500 1000 1500 2000 2500

Druc

Zykluszahl

*: Unstetigkeit Staubdosierung

*

*

*

1400

1600

3,5

4

mbar

Aramid B, Zeitlicher Verlauf Filterprüfung nach DIN ISO 11057 vor/nach AlterungTeststaub Pural, Konz. 5 g/m³, Filterflächenbelastung 118,8 m³/(m²h), jeweils

30 Abreinigungszyklen bei Enddruck 1000 Pa

600

800

1000

1200

1,5

2

2,5

3

Zyklusdauer / s

kverlust Testfilter / m

Restdruckverlust

ZyklusdauerAlterung (2500 Zyklen)

0

200

400

0

0,5

1

Z

Restdruck

t4,4 h 2,4 h

1400

1600

3,5

4

mbar

Restdruckverlust

PPS, Zeitlicher Verlauf Filterprüfung nach DIN ISO 11057 vor/nach AlterungTeststaub Pural, Konz. 5 g/m³, Filterflächenbelastung 118,8

m³/(m²h), jeweils 30 Abreinigungszyklen bei Enddruck 1000 Pa

600

800

1000

1200

1,5

2

2,5

3

Zyklusdauer / s

ckverlust Testfilter /

Zyklusdauer

Alterung (2500 Zyklen)

0

200

400

0

0,5

1

Z

Restdruc

t4,4 h (ca. 15.800 s) 2,2 h

Aramid B, T = Tu

10

12bar



4

6

8

Differenzdruck Testfilter / m


0

2

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

t / s

Aramid B, T = 190 °C, 10 Vol.% H2O

10

12

ar



4

6

8

Differenzdruck Testfilter / mba


0

2

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000 22.000t / s

Aramid B, T = Tu

1400

1600

3,00

3,50

Zeitlicher Verlauf von Restdruckverlust und Zyklusdauer

Druckverlust vor Alterung

Druckverlust nach Alterung

Zyklusdauer vor Alterung

400

600

800

1000

1200

1,00

1,50

2,00

2,50

Zyklusdauer z [s]

Druckverlust Δp [m

bar]

y g

Zyklusdauer nach Alterung


0

200

0,00

0,50

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Zeit t [s]

Aramid B, T = 190 °C, 10 Vol.% H2O

700

800

900

3,0

3,5

Zeitlicher Verlauf von Restdruckverlust und ZyklusdauerDruckverlust vor AlterungDruckverlust nach AlterungZyklusdauer vor AlterungZyklusdauer nach Alterung

200

300

400

500

600

700

1,0

1,5

2,0

2,5

Zyklusdauer z [s]

Druckverlust Δp [m

bar]


0

100

200

0,0

0,5

0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000

Zeit t [s]

10

12

ar

vor Alterung nach Alterung


PPS, T = 190 °C, 10 Vol.% H2O

4

6

8



0

2

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000 22.000 24.000t / s

PPS, T = Tu

10

12

bar



4

6

8

Differenzdruck Testfilter / m


0

2

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

t / s

PPS, T = 190 °C, 10 Vol.% H2O

1600

1800

2000

3,0

3,5




Zyklusdauer vor Abreinigung


600

800

1000

1200

1400

1,0

1,5

2,0

2,5

Zyklusdauer z [s]

Druckverlust Δp [mbar]



0

200

400

0,0

0,5

0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000

Zeit t [s]

1400

1600

3,5

4

mbar

Restdruckverlust

PPS, Zeitlicher Verlauf Filterprüfung nach DIN ISO 11057 vor/nach AlterungTeststaub Pural, Konz. 5 g/m³, Filterflächenbelastung 118,8 m³/(m²h), jeweils 30 Abreinigungszyklen bei Enddruck 1000 Pa

600

800

1000

1200

1,5

2

2,5

3

yklusdauer / s

ckverlust Testfilter / m

Zyklusdauer

Alterung (2500 Zyklen)

0

200

400

0

0,5

1

Zy

Restdruc

t4,4 h (ca. 15.800 s) 2,2 h

Aramid A, SO2-Alterung 16891

800

900

1000

6 5

7,0

7,5

8,0

8,5





Zyklusdauernach Alterung

300

400

500

600

700

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

Zyklusdauer z [s]

Druckverlust Δp [m

bar]



0

100

200

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000

Zeit t [s]

Aramid B, SO2-Alterung (Schnellalterung)

1200

1400

3,0

3,5


400

600

800

1000

1,0

1,5

2,0

2,5

Zyklusdauer z [s]

Druckverlust Δp [m

bar]






0

200

0,0

0,5

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000

Zeit t [s]

Aramid B, NOX-Alterung (Schnellalterung)

1000

1200

3,0

3,5






400

600

800

1,0

1,5

2,0

2,5

Zyklusdauer z [s]

Druckverlust Δp [mbar]


0

200

0,0

0,5

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000

Zeit t [s]

Aramid B, SO2-Alterung (Schnellalterung)

10

12

ar



4

6

8



0

2

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000t / s

Aramid B, NOX-Alterung (Schnellalterung)

10

12

ar



4

6

8



0

2

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000t / s

Zusammenfassung mech. Alterung

Mat. Alterung / Testbed.

Restdruckverlust(Pa)

Zyklusdauer (s)

A id A SO ( ) / S 32 55 207 396 293

Filtertests nach ISO 11057 für vorgeschädigte Materialien

Aramid A SO2(n) / S 32 55 207 396 293

Aramid B SO2(b) / S 25 117 296 696 161

Aramid B HCl(b) / S 31 56 205 391 276

Aramid B NOx(b) / S 30 49 213 461 276

Aramid B H2O(b) / S 30 49 173 648 395

Aramid B -- / T,rH 36 60 310 526 393

PPS H O(b) / S 45 75 160 512 425


PPS H2O(b) / S 45 75 160 512 425

Staubeinlagerung Phase 1 / Phase 2: Faktor 1,75 bis 2

Belastbare Aussagen nach Wiederholungsmessungen möglich

Temperatureinfluss auf die Alterung (HZK)

PET, Wasserdampf-Beaufschlagung (10 ml)


Beschichtungseinfluss auf die Alterung (HZK)

M Aramid B, 220 °C, jeweils 10 ml H2O und 0,1 mol NaNO2/HCl

NOxH2O


Beschichtungseinfluss auf die Alterung (PET)

PET, 150°C, jeweils 10 ml HCl, H2O, H2SO3, 0,1 mol NaNO2/HCl


1. Ergebnisse zu mechanischen Alterungsuntersuchungen

2. Chemische Alterung in der Literatur

3 Ausstehende Arbeiten

Inhalte

3. Ausstehende Arbeiten


• Mechanisch-thermische Alterung unter Wasserdampfzusatz

• Wechselbelastung – Fraktionsabscheidegrad (AP15)

Ausstehende Arbeiten


Danksagung

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Das IGF-Projekt 18307 N wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.


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