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Vorrichtung zum Abscheiden mitgerissener fester Stoffe aus einem Gasstrom
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden mitgerissener fester Stoffe aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Strom heisser Gase.
Bei vielen chemischen Prozessen und Vorgängen der Materialbehandlung werden Gasströme erzeugt, welche mitgerissene feste und flüssige Stoffe enthalten, in der Regel in der Form feiner staubförmiger Teilchen. Verschiedene Mittel sind bisher vorgeschlagen worden, um diese mitgerissenen Stoffe zu entfernen. Beispielsweise hat man Staubsammler in der Form von Filtersäcken verwendet, ferner elektrostatische Staubabscheider und schliesslich auch Waschverfahren, bei welchen der feste Teilchen enthaltende Gasstrom mit einer geeigneten Flüssigkeit, welche die mitgerissenen festen Teilchen aufnimmt, besprüht oder gewaschen wird.
Diese verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen waren nicht in allen Fällen zufriedenstellend.
Schwierigkeiten ergaben sich häufig aus der Temperatur sowie aus der die Bauteile der Anlage angreifenden Art des Gasstroms und der von demselben mitgerissenen Teilchen.
Beim Raffinieren von Aluminium nach dem sogenannten Subhalogenid-Destillationsverfahren wird das aluminiumhaltige Metall bei einer Temperatur von etwa 1200 C und darüber mit einem heissen Strom gasförmigen Aluminiumtrihalogenids, in der Regel Aluminiumtrichlorids, in Berührung gebracht. Die Reaktion zwischen dem Aluminium des aluminiumhaltigen Metalls und dem gasförmigen Aluminiumtrihalogenid erfolgt unter Bildung gasförmigen Aluminiummonohalogenids, beispielsweise Aluminiummonochlorids. Das resultierende gasförmige Aluminiummonohalogenid, vermischt mit nicht zur Reaktion gekommenem Aluminiumtrihalogenid, wird gekühlt, um die Zersetzung des Aluminiummonohalogenids unter Bildung von metallischem Aluminium und Aluminiumtrihalogenid zu bewirken.
Die Zersetzungsreaktion wird in einem Zersetzungsapparat ausgeführt, in welchem die Temperatur des gasförmigen Aluminiummonohalogenids von etwa 12000C auf etwa 700 - 8000C herabgesetzt wird. Das gasförmige Aluminiumtrihalogenid aus dem Zersetzungsapparat wird aufgefangen und in Berührung mit weiterem alumi- niumhaltigem Metall gebracht, um daraus Aluminiummonohalogenid zu erzeugen.
Es ist nun erwünscht, die aus dem Zersetzungsapparat abziehenden Gase zu behandeln, um irgendwelche mitgerissenen festen Stoffe zu entfernen. Bei Austritt aus dem Zersetzungsapparat bestehen die
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der Zersetzung von Aluminiummonohalogenid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid und noch weitere Chloride, neben Aluminiumoxyd, Aluminiumcarbid und sonstigen festen Stoffen. Die Temperatur der Gase bei Verlassen des Zersetzungsapparates liegt unter 7000C und über dem Verflüchtigungspunkt von Aluminiumtrichlorid, d. h. die Temperatur bewegt sich beispielsweise in dem Bereich von 250 bis 3500C.
Diese Temperatur der den Zersetzungsapparat verlassenden Gase beeinflusst die Menge sowie den Aggregatzustand der Verunreinigungen.
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Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung zum Abscheiden mitgerissener fester
Stoffe aus einem Gasstrom, bei der ein Bett aus körnigem, festem Filtermaterial durch ein Gefäss sich abwärts bewegt und am Boden desselben ausgetragen wird und die einen Gasauslass nahe dem oberen Ende des Gefässes und ein Gaseinlassrohr zentral innerhalb des Gefässes aufweist, wobei sich die Mündung des ! Gaseinlassrohres unterhalb des Gasauslasses befindet.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist zur Lösung der gestellten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gaseinlassrohr vom oberen Ende des Gefässes vertikal abwärts durch den oberen Teil des Bet- tes aus körnigem Filtermaterial erstreckt und darin eine Rühreinrichtung zum Durchmischen des der Mün- dung des Gaseinlassrohres benachbarten körnigen Filtermaterials sowie eine Einrichtung zum Abschaben abgelagerten, mitgeführten Materials von den Seitenwänden des Gaseinlassrohres vorgesehen sind.
Nach einer Ausführungsform sind die Rühreinrichtung zum Durchmischen des der Mündung des Gas- einlassrohres benachbarten körnigen Filtermaterials und die Einrichtung zum Abschaben abgelagerten Ma- terials von den Seitenwänden des Gaseinlassrohres an einer axialen, sich durch das Gaseinlassrohr erstrek- kenden Welle angeordnet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Einführungseinrichtung für das körnige Filter- material einen ringförmigen Kanal rund um das Gaseinlassrohr aufweisen, wobei sich das untere Ende die- ses Kanals unter der Ebene des Gasauslasskanals befindet.
Gemäss der Erfindung kann ferner das Gefäss aus Koks bestehendes, körniges Füllmaterial enthalten.
Bei Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung im Subhalogenid-Destillationsverfahren werden
Gasströme von verhältnismässig hoher Temperatur und möglicherweise korrodierender Wirkung behandelt.
Die Gase strömen durch das sich abwärts bewegende Filtermaterial in einer Kontaktzone und dieses Fil- termaterial nimmt bei seiner Weiterbewegung aus der Kontaktzone die aus dem Gasstrom aufgenomme- nen feinen Teilchen mit sich.
Da das Gas in die sich abwärts bewegende Masse des Filtermaterials eingeführt wird, strömt es vor- zugsweise zu Beginn abwärts durch diese Masse hindurch und dann aufwärts durch einen oberen ringförmi- gen Teil der Filtermasse hindurch.
An der Stelle, wo das Gas eingeführt wird, hat das Filtermaterial eine Oberfläche in der Form eines konkaven Kegels mit einem Scheitelwinkel, der im wesentlichen gleich dem Böschungswinkel des Filter- materials ist, nämlich etwa 400. Ein mechanischer Rechen bzw. Kratzer wird verwendet, um das gleich- mässige Fliessen des Filtermaterials aus dem unteren Ende einer ringförmigen Beschickungsöffnung zu unterstützen. Ausserdem rührt der mechanische Rechen das Filtermaterial an der Kegelmantelfläche durch, macht frische Flächen der einzelnen Stücke frei und zerstückelt die Klumpen, die sich infolge der Fil- terwirkung des Materials gebildet haben. Ferner wird infolge der Rührwirkung des Rechens die Schicht des
Filtermaterials an der Kegelmantelfläche flacher.
Das bei dem Filtrieren zu verwendende Filtermaterial kann irgendein Stoff sein, welcher sich gegen- über den zu entfernenden Verunreinigungen sowie dem zu behandelnden Gasstrom reaktionsträge verhält oder doch im wesentlichen inert ist. Koks in Körnchenform, wie z. B. geglühter Petrolkoks, ist als festes Filtermaterial besonders gut geeignet, da er verhältnismässig billig, in der Regel leicht zu bekommen und
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andere inerte, vorzugsweise feuerfeste, feste Filtermaterialien verwenden.
Die Teilchengrösse des Filtermaterials richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck. Im Falle der Entfernung von Verunreinigungen aus den aus dem Zersetzungsapparat des Subhalogenid-DestiIlations- verfahrens zum Raffinieren von Aluminium abziehenden Gasen verwendet man vorzugsweise Koks mit einer Korngrösse, welche durch ein Sieb von etwa 4, 8 mm Maschenweite hindurchgeht, aber auf einem Sieb von 1, 2 mm Maschenweite zurückbleibt ; ein solcher Koks hat beispielsweise ein Korn im Bereich von < 4, 8 bis 2,4 mm. Das Filtermaterial darf aber nicht so fein sein, dass es von dem durchströmenden Gas mitgerissen oder aufgewirbelt bzw. fluidisiert wird.
Ebenso ist es wünschenswert, dass die Korngrösse des Filtermaterials so bemessen ist, dass die resultierende Masse gut durchlässig ist und dem hindurchströmenden Gas keinen zu grossen Widerstand entgegensetzt.
Bei der Entfernung fester Stoffe aus den Abgasen des Zersetzungsapparates der Subhalogenid-Destillation zum Raffinieren von Aluminium muss die Korngrösse des in der Filtrierzone verwendeten Filtermaterials so bemessen sein, dass das Druckgefälle infolge des Durchströmens der Gase nicht wesentlich über etwa 10 mm Hg-Säule hinausgeht. Dieses Druckgefälle des Gasstroms, wenn derselbe durch die Filtrierzone in Berührung mit der Masse des Filtermaterials hindurchgeht, darf kein beträchtlicher Teil des gesamten Druckgefälles in der Anlage sein. In den meisten Fällen kann man diese Forderung leicht erfüllen, wenn die Korngrösse des Filtermaterials sich in dem Bereich von etwa 51 mm bis zu etwa 3 mm Durchmesser hält.
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Die Erfindung wird im nachstehenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrie- ben.
Fig. 1 erläutert in schematischer Weise die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Entfernung der von einem Gasstrom mitgerissenen Stoffe aus demselben. Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch eine Ausfüh- i rungsform der Vorrichtung.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung einen Einlassstutzen 10 für einen Gasstrom, der beispielsweise einen Zersetzungsapparat, wie er bei dem Subhalogenidverfahren zum Raffinieren von Aluminium gebraucht wird, verlässt und mitgerissene feste Stoffe enthält. Der Ein- lassstutzen 10 mündet in einen praktisch vertikalen zylindrischen Kanal 11, von dem aus der Gas- 9 strom in den zentralen Teil einer sich bewegenden Masse von festem Filtermaterial 12 in einem Ge- fäss 14 gelangt.
In dem Einlassstutzen 10 befindet sich auf einer sich drehenden Welle 13a eine Kratzerschnek- ke 1 : : 1, welche die Ansammlung fester Körper auf den Wänden des Einlassstutzens verhindern soll. Das
Gefäss 14 besteht aus einem oberen zylindrischen Teil 15 und einem unteren kegelförmigen Teil 16. i Nahe dem oberen Ende des zylindrischen Teils 15 ist ein Gasaustrittstutzen 18 vorgesehen. Durch den Einlassstutzen 19 eines Kanals 20 lässt man Filtermaterial von geeigneter Korngrösse in das obe- re Ende des zylindrischen Teils 15 eintreten. Aus dem Kanal 20 fliesst das Filtermaterial abwärts durch einen Ringkanal 21, der den Kanal 11 umgibt, hindurch.
Der Neigungswinkel des Kanals 20 zu der Horizontalen muss etwas grösser sein als der Böschungswinkel des darin befindlichenFiltermaterials, ) um zu gewährleisten, dass der Ringkanal 21 stets mit Filtermaterial angefüllt bleibt. Beläuft sich bei- spielsweise der Böschungswinkel des Filtermaterials auf etwa 40 , dann sollte der Kanal vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 450 zu der Horizontalen geneigt sein, während die obere Wandung 21a des Ringkanals 21 vorzugsweise mit einem Neigungswinkel von 55 ausgeführt wird.
Eine axiale Welle 22, die sich durch die ganze Länge des Kanals 11 erstreckt und vorzugsweise in der Längsachse des Gefässes 14 angeordnet ist, trägt eine Kratzerschnecke 24. Das untere Ende der Welle 22, welches sich ungefähr in gleicher Ebene mit dem unteren Ende des Kanals 11 befin- det, trägt einen waagrechten Arm 25, an dem die nach unten hervorstehenden Zinken 26 sitzen, welche dazu bestimmt sind, das Filtermaterial in der Zone unmittelbar unter dem unteren Ende des Ka- nals 11 durchzurühren.
Das untere Ende des kegelförmigen Teils 16 steht mit einer Förderschnecke 28 in Verbindung ; sie dient zum Austragen des die aus dem Gasstrom entfernten festen Stoffe umhüllenden Filtermaterials aus dem unteren Ende des Gefässes 14 zwecks weiterer Behandlung bzw. Beseitigung.
Ein Gasstrom, der mitgerissene feste Stoffe enthält, wird in den zentralen Kanal 11 eingeführt und kommt hierauf in Berührung mit dem Filtermaterial innerhalb des Gefässes 14, wobei die mitge- rissenen Stoffe von dem Filtermaterial zurückgehalten werden, wenn das Gas durch den Ringraum zwi- schen der Wandung des Gefässes 14 und dem unteren Ende des Kanals 11 aufwärts strömt, bevor es
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Filtermaterial zugeführt, während das verschmutzte Filtermaterial aus dem Boden des Gefässeseine sich abwärts bewegende Masse von Filtermaterial befindet.
Ebenso sieht man, dass der mit Verun- reinigungen beladene Gasstrom in dem Gefäss 14 anfänglich durch eine Kegelfläche unmittelbar unter dem unteren Ende des Kanals 11 in die Masse des Filtermaterials eintritt, dann aber abwärts und aus- wärts strömt, um in den Ringraum zwischen dem Kanal 11 und der Wandung des Gefässes 14 einzutreten, durch welchen hindurch das Gas schliesslich aufwärts im Gegenstrom zu dem herabsinkenden Fil- termaterial strömt.
Infolge der Drehung der Welle 22 kratzen die Kanten der Kratzerschnecke 24 die an der Innenwandung des Kanals 11 haftenden Stoffe ab. Ebenso bewirkt die Drehung der Welle 22 eine entsprechende Drehung des Arms 25, wobei die daran sitzenden Zinken 26 das Filtermaterial in der Zone unmittelbar unter dem Ende des Kanals 11, wo die grösste Menge der von dem Gas mitgerissenen Stoffe zurückgehalten wird, durchrühren. Durch dieses dauernde Durchrühren des Filtermaterials kommen ständig saubere, frische Oberflächen des Filtermaterials mit dem eintretenden Gasstrom in Berührung.
Ausserdem wird dadurch das enge Zusammenballen bzw. Verstopfen der Masse des Filtermaterials verhindert, insbesondere natürlich an der Stelle des Gaseintritts.
Fig. 2 erläutert die erfindungsgemässe, im Gegenstrom arbeitende Filtriervorrichtung mit beweglichem Koksbett in grösseren Einzelheiten. Das Hauptfiltriergefäss 30 besteht aus einem oberen, zylindrischen Teil 31 und einem unteren, kegelförmigen Teil 32, welche mit den Blechmänteln 34
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bzw. 35 versehen sind. Durch die auf diese Weise gebildeten Ringräume lässt man eine geeignete Wär- meaustauschflüssigkeit oder ein Fluidum, wie z. B."Dowtherm", in flüssiger oder in Dampfform strö- men, um innerhalb des Gefässes 30 die gewünschte Betriebstemperatur aufrecht zu erhalten. Der Bo - den des kegelförmigen Teils 32 steht mit einer Förderschnecke 36 zur Abfuhr des verunreinigten
Filtermaterials in Verbindung.
Ein axialer Gaseinlasskanal 38 erstreckt sich innerhalb des oberen zylindrischen Teils 31 ab- wärts und endet etwa an der Nahtstelle zwischen dem Teil 31 und dem unteren, kegelförmigen
Teil 32. Eine axiale Welle 39 wird durch einen Elektromotor 40 über ein Untersetzungsgetriebe
42 angetrieben ; dieses Aggregat ist auf dem Anbauteil 44 angebracht. In dem oberen Teil des Ein- lasskanals 38 ist die Welle 39 von einer Hülle 45 umgeben, welche in ihrem unteren Teil 45a, dort wo das durch den Einlassstutzen 46 hindurch dem Einlasskanal 38 zugeführte verunreinigte Gas eintritt, kegelförmig erweitert ist.
An der Welle 39 sind, nach einer Schraubenlinie angeordnet, Blechstreifen 48 befestigt, um etwaige Ablagerungen fester Stoffe an der Oberfläche des konischen Teils 45a der Hülle sowie an den Innenflächen des Kanals 38 abzukratzen. Diese Blechstreifen 48 sind an der Welle 39 mittels der
Scheiben 49 befestigt. Ebenso befindet sich in dem Gaseinlassstutzen 46 ein an der drehbaren Wel- le 47a befestigter Kratzer 47, welcher die Ablagerung fester Stoffe an den Wänden verhindern soll.
Ein an dem unteren Ende der Welle 39 befestigter Arm 50 trägt Zinken 51 zum Durchrühren der Masse des Filtermaterials innerhalb des Gefässes 30, um deren Abwärtsbewegung zu unterstützen und dem Strom des verunreinigten Gases, wenn es aus dem unteren Ende des Rohres 38 austritt, ständig frische Oberflächen der Teilchen des Filtermaterials darzubieten.
Das Filtermaterial gelangt in das Gefäss 30 durch einen Einlassstutzen 52 und eine Zuleitung 54.
Der untere Teil 54a des Kanals 54 bildet einen Ringraum rund um den oberen Teil des Rohres 38 und dient demzufolge dazu, einen ringförmigen Strom des Filtermaterials um das Rohr 38 herum in das Gefäss 30 einzuführen. Die Zuleitung 54 ist auf der ganzen Länge mit einem Wärmeaustausch- mantel 55 versehen, in ähnlicher Weise wie der untere Teil 54a mit einem solchen Mantel 57.
Eine geeignete Wärmeaustauschflüssigkeit wird dem Mantel 55 durch einen Einlass 56 zugeführt und durch einen Auslass 58 abgeführt.
Ebensolche Vorrichtungen sind für das Durchströmen einer Wärmeaustauschflüssigkeit durch den Man- tel 57 vorgesehen, aber hier nicht dargestellt. Die Zuleitung 54 ist an einem Ende durch eine Kap- pe 59 verschlossen, welche ebenfalls mit einem Heizmantel 60 versehen ist, wobei eine geeignete
Wärmeaustauschflüssigkeit durch den Einlass 62 einströmt und durch den Auslass 61 abströmt.
Das Gefäss 30 und die Zubehörteile, einschliesslich der Rohre für Zu- und Ableitung, können aus irgendeinem geeigneten Werkstoff gefertigt sein. Flussstahl ist ein geeigneter Baustoff, wenn das Filter bei einer Temperatur von unter etwa 5000C arbeiten soll. Soll jedoch das Filter bei einer Temperatur von über etwa 5000C arbeiten, dann wird rostfreier Stahl als Baustoff bevorzugt.
Das aus dem Gefäss 30 durch die Förderschnecke 36 abgeführte Filtermaterial kann abgesiebt werden, um das reine Filtermaterial von den festen Verunreinigungen, die ursprünglich in dem Gasstrom enthalten waren, zu trennen. Wird als Filtermaterial Koks verwendet, dann kann das aus dem Boden des Gefässes 30 abgezogene verunreinigte Material einem Sinterofen aufgegeben werden oder einem Reduktionsofen, wie er bei der Herstellung der carbothermischen Aluminiumlegierung, die man durch direkte Reduktion von Bauxit mit Koks erhält, verwendet wird, wobei man dann sowohl das Aluminium als auch den Kohlenstoff wieder gewinnen kann.
Der Arm 50 und die Zinken 51, die zur Aufrechthaltung eines aufgelockerten konischen Bereiches in dem Filtermaterial vorgesehen sind, können durch eine gelochte Platte oder ein Sieb ersetzt werden, jedoch bevorzugt man Arm und Zinken.
Das nachfolgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der praktischen Anwendung der Erfindung.
Dazu wurde eine Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 in der üblichen vollen Grösse verwendet. Drei Untersuchungen wurden ausgeführt unter Verwendung von Koks als Filtermaterial, u. zw. mit einer Feinheit bzw. Korngrösse von < 4, 8 bis 2, 4 mm, bei einer Durchflussmenge von stündlich etwa 16, 3 kg. Das zu filternde Gas war Luft mit einer Durchflussmenge von etwa 9911 je Minute, verunreinigt durch einen Zusatz von Kohlenstaub in einer Menge von stündlich etwa 2, 36 kg und in der Feinheit von etwa 0,044 mm Korngrösse. Die Dauer jeder Untersuchung betrug 24 h. Bei allen Untersuchungen drehte sich an der Oberfläche des Kokses ein Rührwerk mit 1 Umdr/min. Bei den Untersuchungen 2 und 3 wurde Wasser in einer Menge von stündlich etwa 1, 13 kg versprüht.
Während der Untersuchungen wurden Luft, Kohlenstaub und Wassernebel gut miteinander vermischt, bevor sie zur ersten Berührung mit der Koksoberfläche kamen.
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Device for separating entrained solids from a gas stream
The invention relates to a device for separating entrained solid substances from a gas stream, in particular from a stream of hot gases.
In many chemical processes and procedures in material treatment, gas flows are generated which contain entrained solid and liquid substances, usually in the form of fine dust-like particles. Various means have heretofore been proposed to remove these entrained materials. For example, dust collectors in the form of filter bags have been used, furthermore electrostatic dust collectors and finally also washing processes in which the gas stream containing solid particles is sprayed or washed with a suitable liquid which absorbs the entrained solid particles.
These various methods and devices have not been satisfactory in all cases.
Difficulties often arose from the temperature and from the type of gas flow attacking the components of the system and the particles entrained by it.
When aluminum is refined by the so-called subhalide distillation process, the aluminum-containing metal is brought into contact with a hot stream of gaseous aluminum trihalide, usually aluminum trichloride, at a temperature of about 1200 ° C. and above. The reaction between the aluminum of the aluminum-containing metal and the gaseous aluminum trihalide takes place with the formation of gaseous aluminum monohalide, for example aluminum monochloride. The resulting gaseous aluminum monohalide mixed with unreacted aluminum trihalide is cooled to cause the aluminum monohalide to decompose to form metallic aluminum and aluminum trihalide.
The decomposition reaction is carried out in a decomposition apparatus in which the temperature of the gaseous aluminum monohalide is reduced from about 12000C to about 700-8000C. The gaseous aluminum trihalide from the decomposition apparatus is collected and brought into contact with further aluminum-containing metal in order to produce aluminum monohalide from it.
It is now desirable to treat the gases withdrawn from the decomposer to remove any entrained solids. When leaving the decomposition apparatus, the
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the decomposition of aluminum monohalide, calcium chloride, magnesium chloride and other chlorides, in addition to aluminum oxide, aluminum carbide and other solid substances. The temperature of the gases leaving the decomposition apparatus is below 7000C and above the volatilization point of aluminum trichloride, i.e. H. the temperature moves, for example, in the range from 250 to 3500C.
This temperature of the gases leaving the decomposition apparatus influences the amount and the physical state of the impurities.
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The aim of the invention is therefore to provide a device for separating entrained solids
Substances from a gas stream in which a bed of granular, solid filter material moves downwards through a vessel and is discharged at the bottom of the same and which has a gas outlet near the upper end of the vessel and a gas inlet pipe centrally within the vessel, the mouth of the ! Gas inlet pipe is located below the gas outlet.
The device according to the invention is characterized in that the gas inlet pipe extends vertically downward from the upper end of the vessel through the upper part of the bed of granular filter material and in it a stirring device for mixing the granular adjacent to the mouth of the gas inlet pipe Filter material and a device for scraping deposited, entrained material from the side walls of the gas inlet pipe are provided.
According to one embodiment, the agitating device for mixing the granular filter material adjacent to the mouth of the gas inlet pipe and the device for scraping off deposited material from the side walls of the gas inlet pipe are arranged on an axial shaft extending through the gas inlet pipe.
According to a further feature of the invention, the introduction device for the granular filter material can have an annular channel around the gas inlet pipe, the lower end of this channel being below the plane of the gas outlet channel.
According to the invention, the vessel can also contain granular filler material consisting of coke.
When using the device according to the invention in the subhalide distillation process
Treated gas flows of relatively high temperature and possibly corrosive effect.
The gases flow through the downwardly moving filter material in a contact zone and this filter material takes with it the fine particles taken up from the gas flow as it moves on from the contact zone.
Since the gas is introduced into the downwardly moving mass of the filter material, it preferably flows initially downward through this mass and then upward through an upper annular part of the filter mass.
At the point where the gas is introduced, the filter material has a surface in the form of a concave cone with an apex angle which is substantially equal to the angle of repose of the filter material, namely about 400. A mechanical rake is used, to support the even flow of the filter material from the lower end of an annular feed opening. In addition, the mechanical rake stirs the filter material through the surface of the cone, clears fresh areas of the individual pieces and breaks up the lumps that have formed as a result of the filter effect of the material. Furthermore, due to the stirring action of the rake, the layer of the
Filter material flatter on the surface of the cone.
The filter material to be used for the filtration can be any substance which is inert to the impurities to be removed and to the gas stream to be treated or which is essentially inert. Granular coke such as B. annealed petroleum coke is particularly suitable as a solid filter material because it is relatively cheap, usually easy to get and
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use other inert, preferably fireproof, solid filter materials.
The particle size of the filter material depends on the intended use. In the case of the removal of impurities from the gases withdrawn from the decomposition apparatus of the subhalide distillation process for refining aluminum, it is preferred to use coke with a grain size that passes through a sieve of about 4.8 mm mesh size, but on a sieve of 1 , 2 mm mesh size remains; such a coke has, for example, a grain in the range from <4.8 to 2.4 mm. However, the filter material must not be so fine that it is entrained or swirled or fluidized by the gas flowing through it.
It is also desirable that the grain size of the filter material is dimensioned so that the resulting mass is well permeable and does not offer too great a resistance to the gas flowing through.
When removing solid substances from the exhaust gases of the decomposition apparatus of the subhalide distillation for refining aluminum, the grain size of the filter material used in the filtering zone must be such that the pressure gradient due to the gas flowing through does not go significantly beyond about 10 mm Hg column. This pressure drop in the gas stream, when it passes through the filtration zone in contact with the bulk of the filter material, must not be a substantial part of the total pressure drop in the system. In most cases, this requirement can easily be met if the grain size of the filter material is in the range from about 51 mm to about 3 mm in diameter.
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The invention is described in more detail below with reference to the drawings.
1 illustrates schematically the device according to the invention for removing the substances entrained by a gas stream therefrom. FIG. 2 is a partial cross-section through one embodiment of the device.
As can be seen from FIG. 1, the device according to the invention comprises an inlet connection 10 for a gas stream which, for example, leaves a decomposition apparatus as is used in the subhalide process for refining aluminum and which contains entrained solid substances. The inlet connector 10 opens into a practically vertical cylindrical channel 11, from which the gas flow 9 reaches the central part of a moving mass of solid filter material 12 in a vessel 14.
A 1:: 1 scraper screw is located on a rotating shaft 13a in the inlet connector 10, which is intended to prevent solid bodies from accumulating on the walls of the inlet connector. The
Vessel 14 consists of an upper cylindrical part 15 and a lower conical part 16. i Near the upper end of the cylindrical part 15, a gas outlet nozzle 18 is provided. Filter material of suitable particle size is allowed to enter the upper end of the cylindrical part 15 through the inlet connection 19 of a channel 20. The filter material flows out of the channel 20 downward through an annular channel 21 which surrounds the channel 11.
The angle of inclination of the channel 20 to the horizontal must be slightly larger than the angle of slope of the filter material located therein, in order to ensure that the annular channel 21 always remains filled with filter material. For example, if the angle of slope of the filter material is approximately 40, the channel should preferably be inclined at an angle of approximately 450 to the horizontal, while the upper wall 21a of the annular channel 21 is preferably designed with an angle of inclination of 55.
An axial shaft 22, which extends through the entire length of the channel 11 and is preferably arranged in the longitudinal axis of the vessel 14, carries a scraper worm 24. The lower end of the shaft 22, which is approximately in the same plane with the lower end of the channel 11, carries a horizontal arm 25 on which the downwardly protruding tines 26 sit, which are intended to stir the filter material in the zone immediately below the lower end of the channel 11.
The lower end of the conical part 16 is connected to a screw conveyor 28; it serves to discharge the filter material enveloping the solid substances removed from the gas stream from the lower end of the vessel 14 for the purpose of further treatment or disposal.
A gas stream containing entrained solids is introduced into the central channel 11 and then comes into contact with the filter material within the vessel 14, the entrained substances being retained by the filter material as the gas passes through the annulus therebetween the wall of the vessel 14 and the lower end of the channel 11 flows upwards before it
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Filter material fed, while the soiled filter material from the bottom of the vessel is a downwardly moving mass of filter material.
It can also be seen that the gas flow laden with impurities in the vessel 14 initially enters the mass of the filter material through a conical surface immediately below the lower end of the channel 11, but then flows downwards and outwards to enter the annular space between the Channel 11 and the wall of the vessel 14 through which the gas finally flows upwards in countercurrent to the falling filter material.
As a result of the rotation of the shaft 22, the edges of the scraper worm 24 scrape off the substances adhering to the inner wall of the channel 11. The rotation of the shaft 22 also causes a corresponding rotation of the arm 25, the prongs 26 attached to it stirring the filter material in the zone immediately below the end of the channel 11, where the largest amount of the substances entrained by the gas is retained. As a result of this constant stirring of the filter material, clean, fresh surfaces of the filter material constantly come into contact with the incoming gas flow.
In addition, the tight agglomeration or clogging of the mass of the filter material is prevented, in particular naturally at the point of gas inlet.
2 explains the countercurrent filtering device according to the invention with a movable coke bed in greater detail. The main filtering vessel 30 consists of an upper, cylindrical part 31 and a lower, conical part 32, which with the sheet metal jackets 34
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and 35 are provided. Through the annular spaces formed in this way, a suitable heat exchange fluid or a fluid such as B. "Dowtherm", flow in liquid or vapor form in order to maintain the desired operating temperature within the vessel 30. The bottom of the conical part 32 is connected to a screw conveyor 36 for removing the contaminated
Filter material in connection.
An axial gas inlet channel 38 extends downward within the upper cylindrical part 31 and ends approximately at the joint between the part 31 and the lower, conical part
Part 32. An axial shaft 39 is driven by an electric motor 40 via a reduction gear
42 driven; this unit is attached to the attachment 44. In the upper part of the inlet channel 38, the shaft 39 is surrounded by a sleeve 45 which, in its lower part 45a, where the contaminated gas supplied through the inlet connector 46 to the inlet channel 38 enters, is widened in the shape of a cone.
Sheet metal strips 48 are attached to the shaft 39, arranged along a helical line, in order to scrape off any deposits of solid matter on the surface of the conical part 45a of the casing and on the inner surfaces of the channel 38. These sheet metal strips 48 are on the shaft 39 by means of
Washers 49 attached. There is also a scraper 47 attached to the rotatable shaft 47a in the gas inlet connector 46, which is intended to prevent solid matter from being deposited on the walls.
An arm 50 attached to the lower end of the shaft 39 carries tines 51 for agitating the mass of filter material within the vessel 30 to aid its downward movement and to keep the stream of contaminated gas as it exits the lower end of the tube 38 fresh Present surfaces of the particles of the filter material.
The filter material enters the vessel 30 through an inlet connector 52 and a feed line 54.
The lower part 54a of the channel 54 forms an annular space around the upper part of the tube 38 and consequently serves to introduce an annular flow of the filter material around the tube 38 into the vessel 30. The supply line 54 is provided with a heat exchange jacket 55 over its entire length, in a similar manner to the lower part 54a with such a jacket 57.
A suitable heat exchange fluid is supplied to the jacket 55 through an inlet 56 and discharged through an outlet 58.
Such devices are provided for the flow of a heat exchange liquid through the jacket 57, but not shown here. The feed line 54 is closed at one end by a cap 59, which is also provided with a heating jacket 60, a suitable one
Heat exchange fluid flows in through inlet 62 and flows out through outlet 61.
The vessel 30 and the accessories, including the pipes for supply and discharge, can be made of any suitable material. Mild steel is a suitable building material if the filter is to work at a temperature below about 5000C. However, if the filter is to work at a temperature of over about 5000C, then stainless steel is preferred as the building material.
The filter material discharged from the vessel 30 by the screw conveyor 36 can be sieved off in order to separate the pure filter material from the solid impurities that were originally contained in the gas flow. If coke is used as the filter material, then the contaminated material withdrawn from the bottom of the vessel 30 can be fed to a sintering furnace or a reduction furnace, as is used in the manufacture of the carbothermal aluminum alloy obtained by direct reduction of bauxite with coke, wherein you can then recover both the aluminum and the carbon.
The arm 50 and the prongs 51, which are provided to maintain a loosened conical area in the filter material, can be replaced by a perforated plate or a sieve, but arm and prongs are preferred.
The following example serves to further explain the practical application of the invention.
For this purpose, a device according to FIGS. 1 and 2 was used in the usual full size. Three studies were carried out using coke as a filter material, u. with a fineness or grain size of <4.8 to 2.4 mm, with a flow rate of around 16.3 kg per hour. The gas to be filtered was air with a flow rate of about 9911 per minute, contaminated by the addition of coal dust in an amount of about 2.36 kg per hour and with a fineness of about 0.044 mm grain size. The duration of each examination was 24 hours. In all of the investigations, an agitator rotated at 1 rev / min on the surface of the coke. In tests 2 and 3, water was sprayed in an amount of about 1.13 kg per hour.
During the tests, air, coal dust and water mist were mixed well before they came into contact with the coke surface for the first time.
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EMI5.1