CH638107A5 - Vorrichtung und verfahren zum absorbieren von verunreinigungen in abgasen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Obwohl die Erfindung für Zwecke wie eine Absorption von giftigen, geruchverbreitenden Stoffen aus einem Gasstrom mittels eines Aktivkohlestoffes verwendet werden kann, ist die hauptsächliche Anwendung der Erfindung das Entfernen von Fluorwasserstoff (HF) aus den Abgasen jeglichen Verfahrens, bei welchen Fluoranteile verwendet werden, beispielsweise Schmelzmitteln, die bei der elektrolytischen Herstellung von Aluminium verwendet werden.

Aufgrund seiner äusserst starken giftigen Eigenschaften ist die maximale Menge von Fluorwasserstoff in Abgasen, die in die Umgebung abgegeben werden, in beinahe allen Industrieländern mittels Umweltschutzvorschriften streng geregelt. Daher darf in den meisten Fällen der HF-Anteil der Abgase einen Wert im Bereich von 2,0 bis 3,0 mg/m3 nicht übersteigen. Es ist auch wünschenswert, Fluoranteile bzw. Zusammensetzungen aus oekonomischen Gründen zurückzugewinnen, jedoch ist gegenwärtig das Vermeiden von Verschmutzungen das grösste zu beachtende Problem.

Um Fluorwasserstoffe und andere reaktionsfreudige gasförmige Anteile zu entfernen, ist das sogenannte Trockenreinigen («dry-scrubbing») der Abgase aus den elektrolytischen Reduktionstiegeln durch Berührung mit pulverför-miger Tonerde weitverbreitet verwendet worden. Das Trok-kenreinigen wird in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen von Apparaten durchgeführt, wobei die pulver-förmige Tonerde in einem Gasstrom mitgerissen wird. Die mitgerissene Tonerde, welche die absorbierten Verunreinigungen enthält, wird nachfolgend mittels zweckdienlicher Anordnungen, beispielsweise eines Sackfilters, vom Abgas getrennt.

5

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

638 107

Bei herkömmlichen Trockenreinigungsanlagen ist das übliche Vorgehen, den gesamten (oder einen grossen Anteil des gesamten) Bedarfs von Tonerde der Reduktionstiegel durch die Trockenreinigungsanlage hindurchzuführen. Bei diesem Verfahren, bei welchem der Trockenreiniger mit 100% des Tonerdebedarfes der Schmelzanlage betrieben wird, wird nur ein Bruchteil des gesamten Absorptionsvermögens für Fluorwasserstoffe vieler Formen von Tonerde ausgenützt.

Die Tonerde, welche zur Trockenreinigung der Abgase aus der Schmelzhalle verwendet wird, nimmt andere im Gas vorhandene Verunreinigungen auf, beispielsweise Schwefeldioxid (S02) und sehr feine Teilchen von Metallanteilen und kohlenstoffhaltigen Stoffen, die von den Anoden herstammen. Wird dann die Tonerde des Trockenreinigers nachfolgend den Reduktionstiegeln zugeführt, treten die festen Verunreinigungen in den Tiegel ein und einige dieser bewirken eine nachfolgende Beeinträchtigung der Reinheit des erzeugten Metalles. Wenn die Zufuhr zu den Trockenreinigern 100% des Bedarfes an Tonerde der Zellen beträgt, werden diese Verunreinigungen in der gesamten Menge des in dieser Schmelzhalle erzeugten Aluminiums verteilt.

Es ist daher beim Aluminiumschmelzen ein Vorteil, die Menge an Tonerde, die einer zugeordneten Trockenreinigungsanlage zugeführt wird, zu einem kleinsten Wert zu vermindern, der einem Beibehalten des HF-Anteiles des abgegebenen Gases unterhalb dem Wert hält, der aus Umweltschutzgründen bestimmt ist, weil dieses ermöglicht, dass ein grosser Teil der Zellen mit hochreiner Tonerde beschickt werden kann, die nicht in der Trockenreinigungsanlage verunreinigt wurde, und daher ermöglicht, dass ein beträchtlicher Anteil der Zellen AI erzeugen, das einen höheren Reinheitsgrad aufweist als dasjenige, das gemäss dem herkömmlichen Verfahren erzeugt wird. Der kleinere Anteil an Tonerde, die der Reinigungsanlage zugeführt wird, kann einer Anzahl Zellen zugeführt werden, die in einem Verhältnis zu der gesamten Anzahl in der Schmelzhalle vorhandenen Zellen stehen, kann zur Herstellung von Aluminium verwendet werden, bei dem ein grösserer Anteil von Verunreinigungen zugelassen werden kann.

Zusätzlich zu den fluorhaltigen Anteilen absorbiert die Tonerde, die der Reinigungsanlage zugeführt wird, Schwefeldioxid, welches hauptsächlich vom Schwefel der Anoden der Zelle herstammt, jedoch auch von anderen, der Zelle zugeführten Rohstoffen herstammt. Wenn Tonerde, die absorbiertes Schwefeldioxid aufweist, in den flüssigen Elektrolyten fällt (wenn die Kruste bei der Oberfläche der Schmelze aufgebrochen ist), wird die Temperatur der Tonerde angehoben, woraus folgt, dass Schwefeldioxid frei wird, welches die Umgebung abhängig von der Bauart der Zelle verunreinigt. Es würde für die Umgebung der Zellen vorteilhaft sein, wenn die gesamte Menge des Schwefeldioxides, die der Gruppe von Zellen, die in einer Schmelzhalle vorhanden sind, zurückgeführt wird, vermindert werden könnte. Dieses würde erreicht werden, wenn die Menge von Schwefeldioxid, welche von den Abgasen der Schmelzhalle mitgenommen und der Trockenreinigungsanlage zugeführt wird, vermindert werden könnte, währenddem die Wirksamkeit des Reinigens von Fluor auf dem erwünschten Wert beibehalten werden könnte. Es ist nun erkannt worden, dass ein Reinigungsverfahren, welches aufgrund der hohen Wirksamkeit bezüglich der Berührung vom Abgas mit der Tonerde nur einen verhältnismässig kleinen Anteil Tonerde benötigt, eine selektive Absorption von HF in bezug auf S02 ergibt. Dieses bewirkt eine Verminderung der Menge S02, die von der Tonerde, die der Reinigungsanlage und den Zellen zurückgeführt wird, absorbiert wird. Daher ist ein weiterer Vorteil eines Betriebes eines Trockenreinigers mittels einer verminderten Tonerdezufuhr, dass die Umgebung der Schmelzhalle in kleinerem Mass verunreinigt wird.

Ein zufriedenstellender Betrieb eines Trockenreinigers mit Tonerdezufuhr mit einer Menge, die beträchtlich weniger als 100% des Bedarfes der Zellen beträgt, kann nur erreicht werden, wenn die Absorptionsfähigkeit der Tonerde bezüglich des Absorbierens von HF mehr ausgenützt wird. Um dieses zu erzielen, ist eine Verbesserung der Berührungswirksamkeit notwendig, d.h. die Zeitspanne, während welcher die Berührung erfolgt, und das Ausmass des Vermischens von Tonerde mit den Abgasen der Zellen. Bis jetzt ist eine solche verbesserte Berührung erreicht worden, indem verhältnismässig teure Apparate verwendet wurden, beispielsweise ein Wirbelbett, oder indem einfachere Verfahren verwendet wurden, beispielsweise eine Zufuhr von Tonerde bei einer Stelle, bei welcher die Geschwindigkeit des Primärgases um ein grosses Mass erhöht wurde, indem beispielsweise ein Venturirohr eingebaut war. Keine dieser einfacheren Lösungen haben sich als vollständig zufriedenstellend erwiesen.

Ziel der Erfindung ist die angeführten Nachteile zu beheben. Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.

Obwohl unter gewissen Umständen die Gasgeschwindigkeit bis 60 m/sec betragen kann, wird das Gas beim Boden der Kammer mit einer Geschwindigkeit vorteilhaft im Bereich von 5-50 m/sec, und vorteilhafter im Bereich von 5-20 m/sec eingeführt.

Im Vergleich mit alternativen, bekannten Reinigungsverfahren hat sich erwiesen, dass das Verfahren gemäss eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung eine ver-grösserte Zeitspanne der Berührung zwischen den Feststoffen und dem Gasstrom erzeugen kann, und dieses führt zu einer verbesserten Wirksamkeit der Absorption von Fluorwasserstoffen.

Bei dieser Anordnung weist das die Kolonne nach oben durchströmende Gas eine horizontal gerichtete Bewegungskomponente und eine vertikal gerichtete Bewegungskomponente auf. Die herabsinkenden Teilchen bewegen sich entlang eines in etwa schraubenlinienförmigen Pfades, und es entsteht eine Relativbewegung zwischen den sich nach unten bewegenden Teilchen und dem Gasstrom sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung. Dieses verbessert die Wirksamkeit der Berührung zwischen dem Gas- und dem Tonerdeteilchen im Vergleich mit einer Anordnung, bei welcher die Tonerdeteilchen in einen Schacht in einen Gasstrom eingebracht werden.

Beim Durchführen des Reinigens eines Gasstromes, um Fluorwasserstoff zu entfernen, kann die Tonerde, die dem Gasstrom beim oberen Ende der Kammer zugeführt wird vollständig frische Tonerde sein oder sie kann einen Anteil von zurückgeführter Tonerde aufweisen, die aus der Anordnung gesammelt worden ist. Es ist jedoch vorzuziehen, sich ausschliesslich auf eine Zufuhr von frischer Tonerde zu verlassen. Es kann weiter vorzuziehen sein, einen grösseren Anteil beim Boden der Kammer zu sammeln und einen getrennten Anteil oben beim Austritt der Kammer, wo er ausströmt, zu sammeln, weil der oben ausströmende Anteil eine höhere Belastung von festen Verunreinigungen aufweist, die aus dem einströmenden Rohabgas entfernt wurden, welches nur einen kleinen Anteil der Gesamtmenge der zugeführten Tonerde enthält.

Bei der Vorrichtung kann eine Anordnung vorhanden sein, die beim unteren Ende des Gefasses ein Bett von sich in der Schwebe befindlichen Feststoffen beibehält. Es kann ein Rohrstück vorhanden sein, das vom Boden des Gefasses nach oben und durch ein durchlässiges Sieb ragt, welches

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

638107

4

den Boden des Wirbelbettes, d.h. der sich in der Schwebe befindlichen Feststoffteilchen, bildet. Dieses Rohrstück kann auch als eine Einrichtung dienen, mittels welcher die Feststoffteilchen von diesem Bett entfernt werden, oder um einen Gasstrom, der eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hat und nach oben gerichtet ist in Achsrichtung des Gefasses einzuführen, um damit die Feststoffteilchen vom Boden des Gefasses anzuheben und dem Sammelfilter zuzuführen, der oberhalb des oberen Endes bzw. stromabwärts der Kolonne angeordnet ist.

Der Zeck der Bildung eines Wirbelbettes, d.h. eines in der Schwebehaltens der sich beim Boden des Gefasses befindlichen Tonerdeteilchen, liegt darin, die Tonerde in Bewegung zu halten, so dass sie in den Umsetzbereich wieder eintreten kann, oder dass es einfacher ist, diese entweder bei den oberen oder unteren Austritten zu entfernen.

Um ein bestes Arbeiten zu erreichen, sind die Verhältnisse der Querschnittsfläche der Einlass- und Auslassdurchgänge zueinander und zur Querschnittsfläche des Umsetzgefäs-ses wichtig, wie das aus der bekannten Zyclon-Theorie hervorgeht. Es ist vorzuziehen, dass die Querschnittsfläche des Einlasses und die Querschnittsfläche des Auslasses in etwa gleich sind, beispielsweise 0,8 bis 1,2:1. Der Durchmesser der Kolonne kann zwischen 1,5 bis 3 Mal grösser sein als der Durchmesser des Auslassdurchganges, ist jedoch vorteilhaft ungefähr das Doppelte des Auslassdurchmessers. Die Höhe der Gefasskolonne ist wichtig bezüglich des Erreichens einer genügenden Verweilzeit der Tonerde und sollte mit Vorteil innerhalb des Bereiches von 30- bis 20mal und noch vorteilhafter von 3- bis lOmal des Durchmessers des Auslassdurchganges liegen, um eine beste Auswirkung zu erreichen. In vielen Fällen können die Kosten des Bauteiles vermindert werden, in dem eine viel kürzere Kolonne verwendet wird, d.h. eine, die eine Höhe aufweist, die 3- bis 7mal grösser ist als der Durchmesser des Auslassdurchganges, wobei eine kleine Einbusse der Wirksamkeit auftritt. Als Kompromiss zwischen Kosten und bester Wirksamkeit ergibt ein Verhältnis Durchmesser der Kolonne/Auslassdurchmesser von 5 bis 6,1 gute Ergebnisse.

Um einen Gasstrom von 10 000 bis 20 000 m3/Std. zu behandeln, ist ein Kolonnendurchmesser von 1 bis 1,5 m vorzuziehen. Die Menge Gas, die von einer Gruppe von Zellen abgegeben wird, kann soviel wie 100 000 bis 150 000 m3/Std. betragen, und um dieses in einem einzelnen Umsetzapparat zu verarbeiten, muss für die Umsetzkolonne ein Gefass mit grossem Durchmesser vorhanden sein.

Beim oberen Ende der Kolonne oder stromabwärts der Kolonne kann irgendwelche Ausführungsform eines Sammelfilters angeordnet sein, jedoch wird in Trockenreinigungsanlagen zum Ansammeln von Tonerde üblicherweise eine pulsierende Sackfilter-Anordnung verwendet.

Der Sammelfilter kann unmittelbar oberhalb der Kolonne angeordnet sein, in welchem Fall der im Filter zurückgehaltene Stoff mit Vorteil in einem Sammelraum gesammelt wird, welcher den Auslassdurchgang der Kolonne umgibt, und mit Vorteil ist eine Anordnung vorhanden, die den Stoff in diesem Sammelraum in einem schwebenden Zustand hält. Abzugrohrleitungen ermöglichen, dass diese gesammelten Stoffe aus der Anordnung entfernt werden können oder zum oberen Ende der Kolonne zurückgeführt werden können.

Das Berühren zwischen einem aufsteigenden Gas und einer nach unten gerichteten Strömung von teilchenförmiger Tonerde bewirkt, dass eine wirksamere Berührung zwischen Gas und Tonerde erfolgt, womit eine verbesserte Absorbierung der im Gasstrom vorhandenen Verunreinigungen erzielt wird. Es ist vorzuziehen, diese Berührung durchzuführen, indem das Gas nach oben, entlang eines schrauben-linienförmigen Pfades geführt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 vereinfacht einen Längsschnitt durch eine Ausbildungsform der Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und

5,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 4 eine Ansicht einer abgeänderten Ausbildungsform des unteren Teiles der Vorrichtung der Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Ausbildungsform der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei jedoch der Sammelfilter unmittelbar oberhalb der Kolonne angeordnet ist, und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Beispiele 1 und 2.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass der hauptsächliche Körper der Kolonne, innerhalb dem die Absorption stattfindet, eine aufrechtstehende, zylindrische Kammer 11 aufweist. Beim unteren Ende weist die Kammer 11 eine spiralförmig verlaufende Zufuhrleitung 1 auf, die einen Einlass 17 für das Rohabgas aufweist, das gereinigt werden soll, indem es mit einem teilchenförmigen Feststoff in Berührung gebracht wird, beispielsweise Abgase aus Reduktionstiegeln zur Herstellung von Aluminium, welche Abgase Fluorwasserstoffe aufweisen, die in Berührung mit der teilchenförmigen Tonerde zu bringen sind. Die spiralförmig verlaufende Zufuhrleitung 1 dient dazu, das Gas in tangentialer Richtung in das untere Ende der Kammet 11 einzuführen. Beim Eintritt der spiralförmig verlaufenden Zufuhrleitung 1 (deren Querschnitt, wie es aus der Fig. 2 ersichtlich ist, viereckig ist) ist eine Platte 2 angeordnet, deren Winkelstellung veränderbar ist. Diese dient dazu, die Strömungsgeschwindigkeit des in das untere Ende der Kammer eingebrachten Gases zu steuern. Diese Platte 2 wird mittels einer Steuervorrichtung 2a gesteuert, die beispielsweise ein von Hand betätigtes Rad sein kann. Es ist offensichtlich, dass, falls die Winkelstellung der Platte geändert wird, die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, welches zwischen der Platte 2 und dem Aussenum-fang der Zufuhrleitung einströmt, ändern wird. Um einen wirksamen Betrieb der Vorrichtung durchzuführen, beträgt die Geschwindigkeit des Gasstromes bei dieser Stelle mit Vorteil zwischen 5 und 50 m/sec, und vorteilhafter liegt diese Geschwindigkeit in einem Bereich von 5 bis 20 m/sec. Es ist äusserst wichtig, das Gas mit einer zweckdienlichen Geschwindigkeit einzubringen, um in der Kammer ein wirksames Gasstrommuster zu erreichen.

Bei der Vorrichtung der Fig. 1 ist ein axial gerichteter Gasauslass 3 beim oberen Ende der Kammer 11 angeordnet, um das Gas zu irgendwelcher zweckdienlicher Ausbildungsform eines Filters zuzuführen. Bei der Vorrichtung der Fig. 5 ist ein axial gerichteter Gasauslass 13 angeordnet, und dieser führt zu einer Sackfilteranlage 12, die zum Entfernen mitgerissener, feiner Teilchen bestimmt ist. Der in der Fig. 5 gezeigte Filter ist ein bekannter pulsierender Filter, bei dem die Teilchen, die in den Filterarmen gesammelt sind, periodisch abgeschüttelt werden und dem Boden der Filterkammer zurückgeführt werden.

Das Absorbiermittel, das ein teilchenförmiger Feststoff ist, beispielsweise Tonerde, wird durch eine oder mehrere Zufuhröffnungen 4 in einem kontinuierlichen oder intermittierenden Strom in die Kammer 11 eingeführt, welche Zufuhröffnungen 4 derart angeordnet sind, dass der Feststoff nahe beim Umfang der Kammer in den sich schrauben-linienförmig fortbewegenden Gasstrom eingebracht wird. Falls Fluorwasserstoff absorbiert wird, besteht das Absorbiermittel vollständig oder mindestens zum Teil aus frischer Tonerde. Alternativ kann ein Anteil der Tonerde von einem s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

638 107

Stoff gebildet sein, der vom unteren Teil des Filters 12 mittels einer Zufuhröffnung 4a (Fig. 5) zurückgeführt wurde. Die Zufuhröffnung bzw. Zufuhröffnungen 4,4a, können bei oder nahe beim Umfang der Kammer 11 angeordnet sein oder können derart angeordnet sein, dass der Absorbierstoff ' nach aussen, gegen die Umfangswand der Kammer 11 geführt wird.

Die gröberen Feststoffteilchen senken sich allmählich gegen den Boden der Kammer durch den sich aufwärts bewegenden, schraubenlinienförmigen Gasstrom hindurch und werden auf einem luftdurchlässigen Sieb 5 gesammelt, welches über einem Luftraum 6 angeordnet ist, dem mittels eines Gebläses 7 Luft zugeführt wird. Die durch das Sieb 5 ansteigende Luft dient dazu, die Teilchen im Bett 10 in der Schwebe zu halten. Die Höhe des Bettes 10 beträgt üblicherweise etwa 200 mm.

Durch den Boden der Vorrichtung ragt ein Rohrstück 8 in axialer Richtung nach oben. Das obere Ende des Rohrstückes steht um eine kleine Strecke über dem oberen Rand des Siebes 5 hervor, in einem Bereich, der durch das Wirbelbett, d.h. der sich in der Schwebe befindlichen Teilchen, eingenommen wird. Das Rohrstück 8 dient auch dazu, Tonerde (oder ein anderes Absorbiermittel), welches sich im Wirbelbett 10 am Boden der Kammer angesammelt hat, zu entfernen. Das Rohrstück 8 kann in mehr als nur einer Weise verwendet werden. Es kann dazu verwendet werden, angesammelte Tonerde durch einen herkömmlichen Schieber 19 wegzuführen. Alternativ kann es dazu verwendet werden, die angesammelte Tonerde nach oben und durch den Gasauslass hinaus zu führen, wie es in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist. Bei der Ausführung nach der Fig. 5 wird der Feststoff, der vom Wirbelbett 10 gesammelt worden ist, im Sackfilter 12 gesammelt, zu welchem er mittels Gas oder Luft geführt wird, das bzw. die mittels des Gebläses 9 eingebracht ist. Es ist offensichtlich, dass sich beim Betrieb der Kammer 11 im Bereich des Umfanges der Kammer ein sich mit grosser Geschwindigkeit fortbewegender, schraubenlinienförmig verlaufender Gasstrom entwickelt, jedoch im axialen Bereich der Kammer (wobei dag Gebläse 9 in Betrieb ist) ein nach oben gerichteter, axial verlaufender Gasstrom mit hoher Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist. Zu diesem Zweck wird von der Einlassleitung 17 mittels eines Gebläses 9 und eines Rohrstückes 18 Gas entnommen. Alternativ kann das Gebläse 9 zu diesem Zweck Luft aus der Umgebung entnehmen. Die Tonerde, die im Wirbelstrombett 10 angesammelt worden ist, wird dann der Filteranlage 12 zugeführt, indem sie durch letzteren Luftstrom mitgerissen wird.

Der vom Gebläse 9 abgegebene, in axialer Richtung gerichtete Gas- oder Luftstrom kann ununterbrochen oder schrittweise erfolgen. Beim Eintritt in die Kammer 12 der Sachfilteranlage der Fig. 5 trifft der Strom auf ein Ablenkblech 30 auf, das die Form eines Kreiskegelmantels aufweist und die schweren Teilchen nach unten schlägt und auch dazu dient, zu verhindern, dass Teilchen aus dem Filtersack durch den Auslass 13 zurück in die Kammer 11 fallen können.

Wenn der Filter oberhalb der Kolonne angeordnet ist, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist, wird die beim Boden der Sachfilteranlage 12 angesammelte Tonerde mittels Luft in der Schwebe gehalten, welche Luft einem Raum zwischen dem oberen Ende der Kammer 11 und einem Sieb 16 zugeführt wird. Die Zufuhr von Luft zu diesem Raum erfolgt mittels einer Rohrleitung 31, die vom Gebläse 7 aus verläuft. Aus diesem Wirbelbett kann Tonerde mitels einer Leitung 14 entfernt werden. Ein Teil der in dieser Weise weggeführten Tonerde kann durch die Zufuhröffnung 4a mittels Betätigung des Ventiles 14a, wie bereits erwähnt wurde, wieder der Kammer zurückgeführt werden.

Das Abgas wird mittels eines Gebläses (nicht gezeigt) durch die Reinigungsanlage der Fig. 5 gesogen, welches Gebläse stromabwärts des Auslasses 15 des Gehäuses des Filters angeordnet ist, wobei das Gebläse den verbleibenden Anteil der Abgase einem Kamin zuführt, durch welchen es in die Umgebung abgegeben wird.

Bei der beschriebenen Vorrichtung erfolgt die Berührung zwischen der teilchenförmigen Tonerde und dem Gas in zwei verschiedenen Weisen. Erstens besteht eine Berührung zwischen dem herumwirbelnden, ansteigenden Gasstrom und den Tonerdeteilchen, die durch die Zufuhröffnungen 4,4a beim oberen Ende der Kammer 11 eingeführt werden. Zweitens besteht eine Berührung zwischen dem Gas, das von der spiralförmigen Zufuhrleitüng 1 in die Kammer eintritt, und den Tonerdeteilchen, die im Wirbelbett 10 vorhanden sind.

Die in der Fig. 3 gezeigte Vorrichtung kann als eine etwas vereinfachte Ausbildungsform der Umsetzvorrichtung der Fig. 1 betrachtet werden. Diejenigen Teile, die denjenigen der Fig. 1 ensprechen, weisen dieselben Bezugsziffern auf. Der Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 1 gezeigt ist, und demjenigen, das in Fig. 3 gezeigt ist, liegt darin, dass bei der Fig. 3 die Tonerde, die beim Boden der Kammer gesammelt wird, dauernd durch das Rohrstück 8 abgezogen wird. Ein kleiner Anteil des Absorbiermittels wird beim oberen Ende der Kammer 11 durch den Auslass 13 abgeführt, und wird in einem Filter gesammelt, der oberhalb oder stromabwärts des Umsetzgefasses angeordnet ist. Bei dieser Vorrichtung kann die zugeführte Tonerde frische Tonerde oder rückgeführte, zurückgewonnene Tonerde sein, und der angesammelte, kleine Anteil wird mit Vorteil einer separaten Behandlung zur Entfernung der in ihm vorhandenen Verunreinigung ausgesetzt. Diese Anordnung wird bei Elektrolysezellen vorgezogen, die So-derberg-Anoden aufweisen, weil das Pech oder die Teerteile von diesen Anoden zum grössten Teil mit dem kleinen Anteil gesammelt werden.

In der Fig. 4 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des unteren Teiles der Umsetzkammer gezeigt. Bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel ist beim Boden der Kammer kein Wirbelbett vorhanden. Anstatt dessen wird die Tonerde in einem trichterförmigen Behälter 20 gesammelt, von welchem Behälter die Tonerde mittels eines Rohrstückes 28 und des Schiebers 19 entfernt wird.

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind zur Absorption von Fluorwasserstoffen aus Abgasen von Elektrolysezellen wirksam, bei welchen ein weiter Bereich verschiedener Tonerden verwendet wird, beispielsweise mit Tonerde, die einen spezifischen Oberflächenbereich von 80 bis 90 m2/g oder höher aufweist, und Tonerde mit einem kleineren spezifischen Oberflächenbereich von 40 m2/g oder weniger, und auch die Tonerden, die einen spezifischen Oberflächenbereich zwischen den oben genannten Zahlen aufweisen.

Beispiele von Prüfungen des Betriebes einer Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung sind die folgenden.

Beispiel 1

Abgas, das etwa 45 bis 60 mg gasförmigen Fluors pro Nm3 aufweist, das von einer Schmelzhalle herrührte, in welcher Aluminiumreduktionstiegel angeordnet waren, die mit vorgebackenen Kohlenstoffelektroden ausgerüstet waren, wurde in eine Vorrichtung eingeführt, die gemäss dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ausgebildet war, und zwar mittels der Einlassleitung 17, wobei der Mengenfluss im Bereich von 13 000 bis 15 000 Nm3/Std. betrug. Das Verhältnis der Querschnittsflächen der Kolonne zum Gasauslass war 1:1 und das Verhältnis von Kolonnenhöhe zum Gasauslassdurchmesser war 5.5:1. Die Strömungsgeschwindigkeiten des Ein5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

638 107

6

lassgases, die neben der Klappe 2 gemessen wurden, waren innerhalb des Bereiches von 12 bis 20 m/sec. Aus Gründen der Einfachheit wird dieses Ausführungsbeispiel fortan als Umwandlungsgefass mit einem oberen Austritt von Tonerde bezeichnet, weil jegliche angesammelte Tonerde in dieser Weise abgeführt wurde. Frische Tonerde eines Typus, der in bezug auf Fluorwasserstoff ein hohes Absorptionsvermögen aufweist und ein Oberflächenmass im Bereich von 80 bis 90 m2/g aufweist, wurde mit vier gesteuerten Mengenflüssen durch die Zufuhröffnung 4 eingeführt. Aus Gründen der Einfachheit wird dieser Typus Tonerde fortan als Tonerde-Typus 1 bezeichnet.

Dann wurden gleichzeitig Proben des Gases von der Einlassleitung zum Umwandlungsgefass und von der Auslassleitung vom pulsierenden Sackfilterstrom abwärts des Um-wandlungsgefasses während Prüfperioden von 3 Std. entnommen und gemäss bekannter Verfahren nach dem Gehalt an gasförmigem Fluor geprüft.

In der Tabelle 1 ist für jeden Prüfzustand die Anzahl der durchgeführten Prüfungen angeführt, der Mengenfluss der zugeführten Tonerde, der Anteil an gasförmigem Fluor im Gas, und Wirksamkeiten des Entfernens von gasförmigem Fluor mittels der Reinigungsanordnung. Diese Folge von Prüfungen ist in der Tabelle 1 als Prüffolge 1 bezeichnet.

Daraus ist ersichtlich, dass unter diesen Prüfzuständen bei Tonerde des Typus 1 die Wirksamkeit des Reinigens von gasförmigem Fluor der Anordnung über 90% beträgt, sogar wenn der Mengenfluss der frischen, zugeführten Tonerde auf einen Wert vermindert wurde, der 14% des Bedarfes des Tiegels beträgt.

Beispiel 2

Eine Folge von Prüfungen, ähnlich denjenigen des Beispieles 1 wurde mit demselben Tonerdetypus 1 in derselben Vorrichtung durchgeführt, jedoch die Vorrichtung gemäss dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 betrieben. Die Strömungsgeschwindigkeit des eintretenden Gases war dieselbe wie diejenige des Beispieles 1. Aus Gründen der Einfachheit wird dieses Ausführungsbeispiel fortan als Umwandlungsgefass mit unterem Austritt von Tonerde bezeichnet. Die Prüfzustände und Ergebnisse dieser Prüffolge sind ebenfalls in der Tabelle 1 angegeben und mit Prüffolge 2 bezeichnet. Bei der Prüffolge 2 war die Menge Tonerde, die getrennt im Sackfilter gesammelt wurde, ungefähr 20 bis 30% des Anteiles derjenigen Tonerde, die der Trockenreinigungsanlage zugeführt wurde.

Um einen Vergleich der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Vorrichtung der Erfindung mit Verfahren gemäss dem Stand der Technik durchzuführen, zeigt die Tabelle auch zwei weitere Prüffolgen, bei welchen ebenfalls Tonerde des Typus 1 verwendet wurde. Bei beiden Prüffolgen ist die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung nicht verwendet worden; die Tonerde wurde unmittelbar in den Kanal für das Abgas aus der Schmelzhalle stromaufwärts eines herkömmlichen Sackfilters eingebracht. Bei dieser Vergleichsprüfung war die Verweilzeit der Tonerde im Gasstrom, zwischen der Einbringstelle und dem Sammeln im Sackfilter, ungefähr 0,5-1 Sekunde. Dieses ist eine übliche Berührungszeitspanne, die bei gleichen üblichen Verfahren auftritt. Bei der Prüffolge 3 wurde die Tonerde, die im Sackfilter aufgesammelt war, mit einem Mengenfluss von ungefähr 250 kg pro Stunde pro Zelle zur Einbringstelle frischer Tonerde zurückgeführt, welche Menge ungefähr 300% des Bedarfes an frischer Tonerde für die Zellen beträgt. Bei der Prüffolge 4 wurde ein solches Zurückführen nicht angewendet.

Die Änderung der Wirksamkeit des Reinigens von Fluorwasserstoff mittels Mengenströmen frischer Tonerde,

die bei den erwähnten 4 Prüfungsfolgen verwendet wurde und in der Tabelle 1 aufgezeigt sind, sind in der Fig. 6 graphisch dargestellt. Durch die Punkte des Diagramms, die jede Prüffolge darstellt, sind Verbindungslinien gezogen worden. Aus dem Diagramm geht hervor, dass bei einer bestimmten Zufuhrmenge von frischer Tonerde unter Benützung der Vorrichtung ein mehrfach grösseres Ausscheiden von gasförmigem Fluorwasserstoff erzielt wird im Vergleich mit dem Fall, bei dem diese Vorrichtung nicht vorhanden ist.

Aus dem Beispiel 2 ist es abschätzbar, dass eine Zufuhr von Tonerde des Typus 1 zum Umwandlungsgefass mit einem Mengenfluss von 20% des Gesamtbedarfes der Schmelzhalle den Fluorwasserstoffanteil des gereinigten Gases bei einem für die Umwelt annehmbaren Wert hält. Dieses betrifft alle Mengenanteile von HF, die in einem Abgas zu erwarten sind, das von einer Zelle stammt, die vorgebackene Kohleelektroden aufweist. Dieses ermöglicht, dass 80% der in der Schmelzhalle vorhandenen Zellen Tonerde zugeführt werden kann, die nicht durch die Reinigungsanlage hindurchgeführt werden musste.

Aus diesem ist es ersichtlich, dass die Menge Tonerde, die in der Sackfilteranordnung gesammelt wurde und die wahlweise einer weiteren Behandlung ausgesetzt wurde, um Verunreinigungen zu entfernen, nur etwa 4-6% der Gesamtmenge Tonerde beträgt, die dem Bedarf der Schmelzhalle entspricht.

Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, dass die Wirksamkeit der Reinigung des Umwandlungsgefasses, das einen oberen Austritt für Tonerde aufweist, in etwa dieselbe ist wie bei einem Umwandlungsgefass, dass einen unteren Austritt für Tonerde aufweist.

In den meisten Fällen wird es vorgezogen, ein Umwandlungsgefass zu betreiben, dass einen oberen Austritt für Tonerde aufweist, weil es bei dieser Anordnung einfacher ist, die Tonerde nachfolgend den in der Schmelzhalle vorhandenen Zellen zuzuführen. Die Anordnung mit dem unteren Austritt für Tonerde wird jedoch dann vorzuziehen sein, wenn es erwünscht ist, den Anteil Tonerde, der beim oberen Ende austritt, zur Entfernung der Verunreinigungen zu bearbeiten. Diese Anordnung wird in jenen Fällen am meisten vorgezogen, bei welchen die Zellen vertikal angeordnete Soder-berg Anoden aufweisen.

Beispiel 3

Tonerde des Typus 2, welche ein etwas kleineres Absorptionsvermögen für Fluorwasserstoffe als Tonerde des Typus

1 aufweist, und die eine Oberfläche aufweist, die im Bereich von 70-80 m2/g ist, wurde in ein Umwandlungsgefass eingeführt, das einen unteren Austritt für Tonerde aufweist. Die Betriebswerte der Strömungsgeschwindigkeit des eintretenden Gases und der gesamte Mengenfluss an Gas waren dieselben, wie in den Beispielen 1 und 2 angeführt sind. Die Entnahme von Proben und deren Analyse wurden in der Weise durchgeführt, die identisch mit der der vorangehenden Beispiele ist, und die Prüfergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt, in welcher diese Prüffolge als Prüffolge 5 bezeichnet ist.

Um mit Verfahren gemäss dem Stand der Technik einen Vergleich durchzuführen, wurde Tonerde des Typus 2 unter denselben Bedingungen geprüft, bei welchen die Prüffolgen 3 und 4 durchgeführt wurden. Diese zum Vergleich durchgeführten Prüfungen sind als Prüffolgen 6 und 7 in der Tabelle

2 aufgezeichnet.

Aus dem Vergleich der Wirksamkeit des Entfernens von Fluorwasserstoff gemäss den Ergebnissen der Prüffolgen 5 mit den Ergebnissen der Prüffolgen 6 und 7 geht hervor, dass es durch die Verwendung der Vorrichtung gemäss der Erfindung möglich ist, dass mittels Tonerde des Typus 2 eine

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

638 107

merkbar bessere Reinigung von Fluorwasserstoff für eine gegebene Ausnützung von Bauxit stattfindet.

Beispiel 4

Tonerde des Typus 3, deren Absorptionsvermögen für s Fluorwasserstoff beträchtlich tiefer ist als dasjenige der Tonerden des Typus 1 und 3 und das ein Oberflächenmass innerhalb des Bereiches von 50-60 m2/g aufweist, wurde in ein Umwandlungsgefass mit einem oberen Austritt von Tonerde eingeführt. Der Mengenstrom des Gases und die Einström- io geschwindigkeit war dieselbe wie die der Beispiele 1 und 2.

Eine Probenentnahme und Analyse wurden in der Weise durchgeführt, die gleich derjenigen der vorgehenden Beispiele ist, und die Prüfzustände und Ergebnisse sind in der Tabelle 3 dargestellt, in welcher diese Prüffolge als Prüffolge is 8 bezeichnet ist und mit den Prüffolgen 9 und 10 verglichen ist, die bei Zuständen durchgeführt wurde, die mit denjenigen der Prüffolgen 3 und 4 vergleichbar sind.

Aus einer Prüfung der Tabelle 3 geht es hervor, dass die Verwendung der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung es ermöglicht, dass bei der Tonerde des Typus 3 für einen gegebenen Ausnützungsgrad ein merkbar grösseres Entfernen des gasförmigen Fluorwasserstoffes möglich war im Vergleich mit dem der Prüffolgen 9 und 10. Jedoch wird bei einem gegebenen Ausnützungsgrad von Tonerde des Typus 3 ein kleineres Ausmass des Entfernens möglich im Vergleich, wenn mit denselben Ausnützungsgraden der Tonerden des Typus 1 und 2 gearbeitet wird, weil der erstere Typus ein kleineres Absorptionsvermögen für gasförmiges Fluor, d.h. diese Tonerde wird schneller durch absorbierten Fluorwasserstoff gesättigt als die Tonerde des Typus 1 oder 2.

Tabelle 1 Tonerde Typus 1

Test Zustände Anzahl Mengenfluss zugeführter Primärgas

Prüfungen Tonerde mg/Nm3

Bedarf der g/Nm3 F Zellen in % Primärgas gereinigtes Gas g/hr/Zelle mg/Nm3 g/hr/Zelle F F F

gasförmiges Fluor

Reinigungs-

Wirkungsgrad %

Folge 1

Umwand

9

22

2.40

55.6

402.5

1.03

8.8

97.8

Beispiel 1

lungsgefass

3

18

1.96

55.3

402.2

1.53

12.9

96.8

mit oberem

4

14

1.44

44.4

335.4

2.82

24.3

92.8

Austritt

6

7

0.75

61.7

458.2

9.19

79.5

82.7

Folge 2

Umwand

3

21

2.20

32.8

243.1

0.34

2.81

98.8

Beispiel 2

lungsgefass

6

13

1.37

28.7

213.2

1.10

18.2

91.5

mit unterem

2

6

0.64

23.8

177.2

4.27

35.5

80.0

Austritt

Folge 3

Zurück-

3

44

4.65

45.6

339.6

0.72

6.0

98.2

Beispiel 2

führung

6

29

3.36

54.9

376.2

3.28

25.8

93.1

10

13

1.37

53.6

386.2

9.61

81.5

78.9

Folge 4

keine

3

45

5.23

60.2

408.7

2.80

22.3

94.6

Beispiel 2 Zurückfüh-rung, kein Umwandlungsgefass

Tabelle 2 Tonerde Typus 2

Prüfung Zustände Anzahl Mengenfluss zugeführter Primärgas gereinigtes Gas gasförmiges

Prüfungen Tonerde mg/Nm3 g/hr/Zelle mg/Nm3 g/hr/Zelle Fluor

Bedarf der g/Nm3 F F F F Reinigungs-

Zellen in % Primärgas Wirkungsgrad

%

Folge 5

Umwand

17

23

2.64

32.7

223.1

0.47

3.7

98.3

Beispiel 3

lungsgefass

3

19

2.18

37.0

254.9

1.66

13.3

94.8

mit unterem

3

16

1.76

33.5

240.2

0.86

7.2

97.0

Austritt

6

13

1.45

28.7

201.8

1.02

8.3

95.9

12

9.5

1.04

32.8

236.7

4.85

40.3

83.0

6

6

0.68

36.5

257.6

8.13

66.7

74.1

Folge 6

Zurück-

18

40

4.53

38.0

263.5

0.69

5.5

97.9

Beispiel 3

führung

6

29

3.32

40.1

273.0

2.07

16.4

94.0

6

17

1.90

49.1

342.3

7.72

61.7

82.0

10

15.5

1.76

54.7

380.8

6.93

55.3

85.5

Folge 7

keine

6

40.5

4.46

46.5

330.6

5.08

42.6

87.1

Beispiel

Zurückfüh-rung, kein Umwandlungsgefass

638 107

Tabelle 3 Tonerde Typus 3

Prüfung Zustände Anzahl Mengenfluss zugeführter Primärgas gereinigtes Gas gasförmiges

Prüfungen Tonerde mg/Nm3 g/hr/Zelle mg/Nm3 g/hr/Zelle Fluor

Bedarf der g/Nm3 F F F F Reinigungs-

Zellen in % Primärgas Wirkungsgrad

%

Folge 8

Umwand

6

28

3.07

48.5

351.0

0.62

5.2

98.5

Beispiel 4

lungsgefass

3

23.5

2,66

52.6

363.5

1.85

15.3

95.8

mit oberem

3

15

1.59

44.6

328.4

6.60

56.6

82.8

Austritt

3

10

1.10

52.8

367.3

13.05

106.3

71.1

Folge 9

Zurück-

3

52

5.65

54.1

387.6

1.43

12.2

96.9

Beispiel 4

führung

3

40

4.79

59.3

389.8

2.97

23.8

93.9

6

29

3.23

59.1

417.8

4.15

34.7

91.7

Folge 10

keine

3

51.5

5.81

38.7

268.6

1.14

9.1

96.6

Beispiel 4 Zurückfüh-rung, kein Umwandlungsgefass s

4 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

1. 638 107

   2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Absorbieren reaktionsfreudiger Anteile aus einem Gasstrom, indem ein Gasstrom am unteren Ende einer aufrecht stehenden länglichen Kammer mit kreisförmiger Querschnittsform eingeführt wird, der Gasstrom beim oberen Ende der Kammer entnommen wird, dauernd ein teilchenförmiger Feststoff, der ein Absorbtionsmittel für die absorbierbaren Anteile ist, in die Kammer eingebracht wird, und dass der teilchenförmige, feste Absorptionsstoff mit den absorbierten Anteilen aus der Kammer entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom tangential mit einer Geschwindigkeit von 5-60 m/sec in die Kammer eingebracht wird, aus der Kammer axial entnommen wird, und dass der teilchenförmige, feste Absorptionsstoff in die Kammer beim oberen Ende nahe des Umfanges derselben eingebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassgeschwindigkeit des Gasstromes im Bereich von 5-20 m/sec liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Boden der Kammer eine Wirbelbett-Schicht des teilchenförmigen, festen Absorptionsstoffes aufrecht gehalten wird, um ein Entnehmen des festen Absorptionsstoffes beim oberen Ende oder beim Boden der zylindrischen Kammer zu erleichtern.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Gasstrom von einem axialen Gaseinlass neben dem unteren Ende der Kammer axial nach oben gerichtet wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein grösserer Anteil des teilchenförmigen Stoffes beim Boden der Kammer gesammelt wird, und ein kleinerer Anteil des teilchenförmigen Stoffes durch den axialen Auslass beim oberen Ende der Kammer ausgebracht wird, und dass der kleinere Anteil durch Filtrieren zurückgewonnen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Anteil, um davon absorbierten Verunreinigungsstoff zu entfernen, getrennt vom grösseren Anteil behandelt wird.
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer aufrecht stehenden Kammer (11) mit kreisförmiger Querschnittsform, mit einer ersten Vorrichtung (1), die dazu dient, einen Gasstrom beim unteren Ende der Kammer (11) einzuführen, und mit einer zweiten Vorrichtung (3; 13), die dazu dient, den Gasstrom beim oberen Ende derselben abzuführen, und mit einer dritten Vorrichtung (4), die dazu dient, einen teilchenförmigen, absorbierbare Anteile des Gasstromes absorbierenden Feststoff in die Kammer einzuführen und den absorbierenden Feststoff abzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung eine spiralförmige Zufuhrleitung (1) ist, die zweite Vorrichtung ein axialer Gasauslass (3; 13) beim oberen Ende der Kammer (2) ist, und die dritte Vorrichtung ein Einlass (4) für Feststoff ist, der beim oberen Ende (11) der Kammer neben deren Umfang angeordnet ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen unterhalb der spiralförmigen Zufuhrleitung (1) gelegenen durchlässigen Boden, einen Luftraum (6) unterhalb des Bodens (5) und durch eine Anordnung zur Zufuhr von Luft zum Luftraum, um den vom durchlässigen Boden getragenen, teilchenförmigen Stoff in der Schwebe zu halten.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein in axialer Richtung verlaufendes Rohr (8), das ein oberes Ende aufweist, das über dem durchlässigen Boden (5) hervorragt und unter der spiralförmigen Zufuhrleitung (1) angeordnet ist, so dass ein Eintauchen in den vom Boden getragenen teilchenförmigen Stoff ermöglicht ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Pumpe (9), die dazu dient, dem Rohr (8) Gas zuzuführen, um in der aufrechts.tehenden zylindrischen Kammer einen nach oben gerichteten Gasstrom zu bewirken.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen trichterförmigen unteren Teil (20) für die zylindrische Kammer (11), der über ein Ventil (19) in ein axiales Austrittsrohr (28) für teilchenförmigen Stoff führt, welches Ventil (19) die durch das Austrittrohr (28) erfolgende Abgabe des teilchenförmigen Stoffes steuert.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-11, gekennzeichnet durch eine im Gaseinlass zur Kammer (11) angeordnete Strömungssteueranordnung (2), die dazu dient, die Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Gases auf einen erwünschten Wert zu steuern.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kammer (11) das 1,5- bis 3fache des Durchmessers des Gasauslasses (3) ist.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Kammer (11) das 3- bis 20fache des Durchmessers des Gasauslasses (3) ist.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Einlasses (17) zur Zufuhrleitung (1) das 0,8- bis l,2fache der Querschnittsfläche des Auslasses (3) ist.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-15, wobei der Kammer eine Filterkammer zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammer (12) oberhalb der Kammer (11) angeordnet ist, und dass im Boden der Filterkammer (12) ein um den Gasauslass (13) verlaufender Sammelraum angeordnet ist.