DE2153777B2 - Verfahren zur durchfuehrung physikalischer und chemischer reaktionen zwischen mit gasen bzw. daempfen, fluessigkeiten oder feststoffen beladenen traegergasen einerseits und feinkoernigen feststoffen andererseits, insbesondere zwischen staubbeladenen abgasen und feinkoernigem feststoffmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung physikalischer und chemischer Reaktionen zwischen mit Gasen bzw. Dämpfen, Flüssigkeiten oder Feststoffen beladenen Trägergasen einerseits und feinkörnigen Feststoffen andererseits, insbesondere zwischen staubbeladenen Abgasen und feinkörnigem Feststoffmaterial, wobei die Reaktionsteilnehmer kontinuierlich einer Reaktionszone zugeführt und nach beendeter Reaktion die festen Reaktionsprodukte mit Hilfe einer Filtereinrichtung vom Trägergas getrennt werden.

Die Kombination von Druckumwandlungszone und Filtereinrichtung ist durch die DT-PS 8 41 389 bekanntgeworden, in der eine D'-uckumwandlungsvorrichtung mit einem nachgeschalteten Filter beschrieben wird. Hier finden aber weder physikalische noch chemische Reaktionen statt.

Ähnlich verhält es sich mit der DT-PS 9 43 331, in der ein Verfahren beschrieben ist, bei dem Grob- und Feinstaub vermischt einem Zyklonabscheider zugeführt werden, und auch die DT-PS 8 96 753 vermengt nur grobe und feine Staubteile und trennt diese in einem Filter. f-,5

Diese und andere Verfahren und Anlagen haben die Praxis nicht befriedigt, weil die angestrebte Durchführung physikalischer und sogar chemischer Reaktionen bisher lange Strecken der Leitungsführung erfordern, die betrieblich nicht zur Verfügung stehen, und bei denen die Gefahr besteht, daß auf diesen Strecken wieder eine Reaktionsrückwandlung auftritt, so daß das Gegenteil des angestrebten Zieles erreicht wird.

Derartige Reaktionen müssen deshalb in kürzester Zeit mit großer Intensität vor sich gehen, weil die staubbeladenen Gasströme mit relativ hoher Geschwindigkeit in Rohrleitungen geführt werden müssen, und für die Reaktionszeit nur kurze Zeitintervalle zur Verfügungstehen.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Anlage zu deren Betrieb zu schaffen, welche auf kürzesten Raumstrecken Reaktionszeiten und Ergebnisse erlauben, die bisher als nicht erreichbar galten. Verfahrensgemäß werden dabei nicht nur Stäube allgemeiner Art, vielmehr gezielt aufbereitete Stäube eingesetzt, die chemische, physikalische oder auch elektrische Wirkungen bei Trägergasen, die mit Dämpfen, Flüssigkeiten oder Feststoffen beladen sind, in den erfindungsgemäßen Aufbereitungszonen auslösen.

Die Erfindung geht zur Lösung dieser Aufgabe von einem Verfahren zur Durchführung physikalischer und chemischer Reaktionen zwischen mit Gasen bzw. Dämpfen, Flüssigkeiten oder Feststoffen beladenen Trägergasen und feinkörnigen Teststoffen, insbesondere staubbeladenen Abgasen und feinkörnigem Feststoffmaterial aus, wobei die Reaktionsteilnehmer kontinuierlich einer Reaktionszone zugeführt und nach beendeter Reaktion die festen Reaktionsprodukte mit Hilfe einer Filtereinrichtung vom Trägergas getrennt werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß die beladenen Trägergase mit hoher Geschwindigkeit in eine einen Wirbel erzeugende, verengte Reaktionszone eingeführt, gleichzeitig in diese Reaktionszone die feinkörnigen Feststoffe eingetragen werden, und das Reaktionsgemisch, kurz hinter der Vereinigungsstelle, entspannt wird.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird das Filter so betrieben, daß auf der Filterfläche, während des gesamten Verfahrensablaufes, eine Schicht aus dem Reaktionsprodukt erhalten bleibt. Diese Schicht bildet ein erfindungstypisches Filtergerüst. Daraus folgt, daß nur der überschießende Teil des Reaktionsstaubes abgeführt wird, wobei es vorteilhaft ist, einen Teil des Reaktionsproduktes in den Verfahrensprozeß zurückzuführen.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich durch eine die Wirbelung erzeugende, vergleichsweise verengte Reaktionszone, daran anschließende Entspannungszone, Filteranlage, beispielsweise mit Filterschläuchen, Feststoffaustrag, Klappe, Vorlagen und Feststoff-Rückführleitung, die in die Verengung einmündet.

Die Figur stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Das staubbeladene Trägergas tritt bei A in die Anlage und verläßt diese gereinigt durch den Filterauslaß B.

Die Erfindung unterscheidet zwei nebeneinander eintretende Phasen der Aufbereitung, wobei die zweite Phase im Regelfall die erste ergänzt, Die erste Phase wickelt sich an der Eng- und Wirbelstelle 10 ab, in der oder in deren Nähe sich vorzugsweise die Einspeisung des Eigen- oder Frenidstaubes abspielt.

Es hat sich überraschend herausgestellt, daß die Bemühungen der Fachwelt, in der Einspeisezone möglichst langsame Geschwindigkeiten des Trägerga-

«es konstruktiv zu fördern, das Gegenteil der beabsichtigten Wirkung erreichen. Praktische Erprobungen der Erfindung zeigen, daß in der Engstelle, also der Zone rhöhter Geschwindigkeit, wahrscheinlich auch erhöhte!· Wirbelbildung, die erfindungsgeinäße Beeinflussung des staubbeladenen Trägergases besonders wirksam ist. Hochwirksam wird diese vergleichsweise verengte Wirbelzone 10, wenn die Engstelle nach Art eines Venturirohres 11 ausgebildet ist, und die Zufuhr des Staubes direkt in die Hochgeschwindigkeitszone des Venturirohres erfolgt.

Die Zufuhr des Staubes, dieser Begriff wird nach der Defination von Me Id au also für Korngrößen unterhalb von 1 mm gebraucht, geschieht durch das Zuleitungsrohr 20, das aus den Vorlagen 21 und 22 gespeist wird.

Aus der Vorlage 21 kommt, falls ein Teil des im Filter 30 gewonnenen Staubes wieder bei 10 in den Kreislauf zurückgeführt wird, Eigenstaub, aus der Vorlage 22 Fremdstaub.

Aufbereitete Stäube im Sinne der Erfindung sind solche, die erhöhte Reaktionen auf das staubbeladene Trägergas ausüben können. Derartige Reaktionen können rein physikalischer Natur sein, wie dies beispielsweise bei der Ionisierung oder elektrostatisehen Aufladung von Stäuben der Fall ist.

In der Reaktionszone 10 der Engstelle lagern sich der mit dem Trägergas herangebrachte Staub und der eingeführte Staub, die Reagenden, aneinander. Es entstehen größere Einheiten, Konglomerate oder Ballkorn, die sich in der nachfolgenden Strecke der Rohrleitung zum Filter 30 noch durch Anlagerung weiterer Staubkörner vergrößern können. Damit ist die erste Aufbereitungsphase abgeschlossen.

In dem sich erweiternden Teil der Engstelle ist die Transportgeschwindigkeit des Staub- und Luftgemisches deutlich herabgesetzt, was dem Anlagerungsvorgang zugute kommt.

Die zweite Phase der Aufbereitung findet an der Oberfläche der Filterorgane 31 des Filters 30 statt. Beispielhaft ist ein Filter mit RundEchläuchen 31 gezeigt, die in bestimmten Intervallen durch einen Druckluftstoß aus der Preßluftleitung 32 in den offenen Einströmstutzen des Filterschlauches abgereinigt weraen.

Die noch im mehr oder weniger losen Verband des Ballkornes befindlichen Staubkörner treffen mit Luftgeschwindigkeit auf die Filterwand auf, werden hierbei verdichtet und bilden nunmehr ein die Poren des Filters selbst überdeckendes Filtergerüst. In dieser Phase werden die Bindungen der einzelnen Staubkörner untereinander stärker, das Gerüst des Kornverbandes setzt sich nach den vorgegebenen Bedingungen mechanisch zurecht.

Die Bindungen der einzelnen Staubkörner können rein mechanischer Natur als Haftkräfte bestehen, sie können elektrostatischer Natur, oder chemischer Natur sein und können schließlich aus verschiedenen der beschriebenen Reaktionen zusammengesetzt sein.

Erfindungswesentlich ist dabei, daß auf der Filterfläche stets eine Schicht von Staub bleibt, dementsprechend die Abreinigung stets so gesteuert wird, daß die Filterfläche nicht staubfrei ist. In dem beschriebenen Falle wird dies dadurch erreicht, daß die Abreinigungs- und Preßluftstöße nicht minutiieh, vielmehr in Intervallen von 2 bis 4 Minuten erfolgen, und der Preßluftdruck _b5 an der unteren Grenze von 2 bis 4 at gehalten wird.

Im allgemeinen genügt für eine zuverlässige erfinduneseemäße Reaktion der Reaktionsteilnehmer eine Zeitspanne von 0,5 bis 2 sec. Die verbleibende Schichtdecke auf der Filterfläche beträgt vorteilhaft mindestens das Doppelte des mittleren Korndurchmessers.

Der von den Filterflächen abfallende Staub wird im Sammeltrichter des Filters 30 gespeichert und über die Schleuse 33 in den Ablauf 23 geleitet. In diesem befindet sich eine verstellbare Klappe, hier Schleuse 34 genannt, mittels der entweder der gesamte Staubanfall zur weiteren Verwendung, oder aber nur ein Teil davon, abgeleitet, während der andere Teil wieder dem Kreislauf zugeführt wird.

Ein Beispiel mag die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern:

Aluminiumhütten und Emaillewerke sind Emitteriden des gefürchteten Fluors in Form von Staub und Fluorgasen. Bei einer Aluminiumhütte mit einer Jahreskapazität von 100 000 t entstehen stündlich Abgase von 2,4-10⁶ITvVh. Mit dem Roh- oder Rauchgas werden pro |ahr etwa 80001 Fluor in Staubform überwiegend < 1 mikron, sowie 80001 gasförmiger Fluor ausgeworfen. Bisher wurde bei der Reinigung der Abgase ein Abscheidegrad von 60 bis 80% erreicht. Dabei mußte man den Nachteil des Naßwaschverfahrens, nämlich die Beseitigung der verschlammten Waschflüssigkeit, die aus verdünnter Flußsäure besteht, in Kauf nehmen.

Eine direkte Bestätigung für die Wirksamkeit der Zuführung von Eigen- und/oder Fremdstaub nach der Erfindung ergibt sich im übrigen aus dem Umstand, daß bei Betrieb der Anlage ohne Staubzusatz sehr schnell ein hoher Filterwiderstand aufbaut. Das ist auf hohen Schwefelanteil bei derartigen Gasen zurückzuführen, der bei dem Einsatz der Erfindung auch noch um 50% reduziert wird.

Auch diese Anlage entspricht im Prinzip der Darstellung der Figur. Aus dem Innenraum eines gekapselten Aluminiumofens wird ständig Rauchgas, unter Aufrechterhalten eines Unterdruckes, über einen Saugventilator abgesaugt. In die Rohrleitung zwischen Ofen und Filteranlage wird, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, staubförmige Tonerde an der Engstelle 10 und in die Hochgeschwindigkeitszone 11 zugeführt und im Filter 30 wieder abgetrennt.

Es hat sich bei diesem Verfahren überraschend herausgestellt, daß eine Gesamtreaktion zwischen Rauchgas und Aluminiumoxyd eintritt, d h. sowohl gasals auch staubförmige Fluorbestandteile aus dem Rohgas lagern sich an die Oxydpartikeln an.

Es kommt bei diesem Beispiel im Feinstaubbereich zu einer deutlichen Anlagerung von Gasen an die Oberfläche von Stäuben; dabei sind vermutlich Zwickelvolumen im Inneren des Ballkornes und Anlagekräfte im Grenzflächenbereich maßgeblich.

Die Steuerung der Abreinigung der von außen beaufschlagten Filterfläche erfolgt so, daß stets eine gleichmäßige Oxydschicht auf der dem Rohgas zugekehrten Fillerfläche erhalten bleibt. Diese Reaktionsschicht vollendet den bereits in der Rohgasleitung und der Engstelle 10 begonnenen Fluoranlagerungsprozeß.

Durch Einblasen von kurzen Preßluftstößen in das Schlauchinnere wird ständig ein Teil des gesättigten bzw. mit Fluor angereicherten Oxydes von der Schiaiichobcrfläche abgeworfen und durch den Trichter ausgetragen, während gleichzeitig mit dem in der ersten Phase aufbereiteten Gasstrom frisches Oxyd auf die Filterfläche aufgebracht wird.

Das aus dem Filter ausgetragene, mit Fluor

angereicherte Oxyd kann — abhängig von den Betriebsbedingungen und von der Oxydqualität — mit frischem Oxyd gemischt und erneut dem Reaktionskreislauf zugeführt oder aber direkt in die Elektrolyseöfen gegeben werden.

Abgesehen von dem ausgezeichneten Wirkungsgrad dieses neuen Trockenabscheideverfahrens ergeben sich erhebliche Einsparungen an den Zuschlagstoffen durch direkte Rückgewinnung von Fluor.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde in einer ausgeführten Großanlage, bei einer Belastung des Rohgases von etwa 100 mg/m³ gasförmigen und staubförmigen Fluors im Monatsmittel, ein Abscheidegrad von 97% bis 99% erreicht.

Es hat sich bei systematischen Untersuchungen herausgestellt, daß Tonerdearten, u. a. mit niedriger Kalzinierungstemperatur und hoher spezifischer Oberfläche, sich besonders gut eignen.

Man kann die Erkenntnis der Erfindung auf andere Reaktionsteilnehmer übertragen. So ist es beispielsweise möglich, Stäube elektrostatisch aufgeladen, in einen Rohgasstrom einzuführen und auf diese Weise das Agglomerieren in den beiden Zonen erhöhter Aktivität der Anlage, der venturiartig ausgebildeten Engstelle 10 und an der Fläche des Filterschlauches 31, zu begünstigen.

Mit dem Zusatz von Aktivkohle lassen sich auf ähnliche Weise jene, in der Verfahrenstechnik mit diesem Stoff bekannten Wirkungen in kürzester Zeit und auf kleinem Raum erreichen. Besonders vorteilhaft ist dabei jene Aktivkohle, die mit einer Grenzschicht, einer sogenannten Gastphase, hochaktiver Stoffe überzogen ist, beispielsweise mit einer Huminsäureschicht. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise die Umwelt belästigende oder gefährdende Gerüche beseitigen.

Schließlich können Gele in Staubform mit ihren bekannten Eigenschaften der Adsorption von Gasanteilen, insbesondere solchen der feuchten Phase, einem Trägergas zugesetzt werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, das mit Feuchtigkeit angereicherte Gel, beispielsweise Silicagel, in einer, in den Rohrleitungsstrang 20 eingefügten Aufbereitungsstufe 40, hier eine Heizstufe 41, zu entfeuchten.

Ebenso kann man an dieser oder einer anderen Stelle mit einem geeigneten handelsüblichen Gerät 42 Stoffe entionisieren oder elektrostatisch aufladen.
Ein besonderes Problem bei der Verarbeitung von

ölen, das der gefährlichen ölnebel, UiBt sich mit der erfindungsgemäßen Methodik elegant lösen, indem man

als Fremdstaub Kieselgur dem Ölnebel-Gasgemisch zusetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst mit relativ geringem Aufwand Entstaubungsprobleme und teilweise auch das der Abscheidung unerwünschter gasförmiger Bestandteile, wobei lediglich ein Druckverlust bis 100 mm WS entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Palentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung physikalischer und chemischer Reaktionen zwischen mit Gasen bzw. Dämpfen, Flüssigkeiten oder Feststoffe ladenen Träger-Gasen einerseits und feinkörnig ., Feststeffen andererseits, insbesondere zwischen staubbeladenen Abgasen und feinkörnigem Feststoffmaterial, wobei die Reaktionsteilnehmer kontinuierlich einer Reaktionszone zugeführt und nach beendeter Reaktion die festen Reaktionsprodukte mit Hilfe einer Filtereinrichtung vom Trägergas getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beladenen Trägergase mit hoher Geschwindigkeit in eine einen Wirbel erzeugende, verengte Reaktionszone eingeführt, gleichzeitig in diese Reaktionszone die feinkörnigen Feststoffe eingetragen werden und das Reaktionsgemisch kurz hinter der Vereinigungsstelle entspannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trennung der festen Reaktionsprodukte vom Trägergas ein Filter mit porendurchsetzten Filterflächen, insbesondere ein Schlauchfilter, verwendet wird, und auf der Filterfläche während des gesamten Verfahrensablaufs eine Schicht aus feinkörnigem Reaktionsprodukt aufrechterhalten bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil aes abgetrennten Reaktions-Produktes in den Prozeß zurückgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine die Wirbelung erzeugende Reaktionszone (10) mit Verengung (11), daran anschließende Entspannungszone (12), Filteranlage (30), mit Filterschläuchen (31), Feststoffaustrafe (33), Klappe (24), Vorlagen (21, 22) und Feststoff-RückführleitungpO), die in die Verengung(ll)einmündet.

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