DE2222139C3 - Verfahren zum Entfernen einer Säuregaskomponente aus einem Gasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen einer Säuregaskomponente aus einem Gasitrom, bei dem der Gasstrom in Kontakt mit die Säuregaskomponente aufnehmenden Feststoffpartikeln gebracht wird und dann der von der Säuregaskomporente befreite Gasstrom abgeführt wird.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Wiedergewinnung oder Entfernung von gasförmigen Säuren, wie beispielsweise Fluorwasserstoff, Siliziumtetrafluorid und Schwefeldioxid, aus Abgasen, die bei der Herstellung von Glas oder Düngemitteln oder der Erzeugung von Aluminium mittels des bekannten Elektrolyse-Verfahrens gebildet werden.

Bei dem letztgenannten Verfahren wird Aluminiumoxyd in geschmolzenem Kryolith (Na₃AlF₆) gelöst, und das geschmolzene Gemisch wird einem elektrolytischen Gleichstrom ausgesetzt. Unter der Einwirkung dieses Stroms wird Sauerstoff von dem Aluminiumoxid freigegeben und an der Anode niedergelchlagen, wo er verbrennt, während das geschmolzene Aluminium an der Kathode niedergeschlagen wird. Das geschmolzene Aluminium, das bei den Temperaturen des Elektrolyseverfahrens schwerer ist als das geschmolzene Kryolith, sammelt sich am Boden des Gefäßes und wird rückgewonnen.

Dieses elektrolytische Verfahren bewirkt die Bildung bestimmter Gase, und zwar in erster Linie Fluorwasserstoff, Siliciumtetrafluorid und Schwefeldioxid. Jede dieser gasförmigen Komponenten stellt bei Entweichen aus dem Arbeitsbereich eine große Gefahr für Personal und Umwelt dar. Es ist bekannt, daß jedes dieser Gase gesundheitsgefährdend und ein schädlicher Luftverschmutzungsstoff ist. Außerdem enthalten der Fluorwasserstoff und das Siliciumtetrafluorid brauchbares Fluor, welches bei Wiedergewinnung die Wirtschaftlichkeil des gesamten Elektrolyseverfahrens verbessern kann.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, die Säuregaskomponenten aus den Elektrolyseabgasen zu entfernen und wiederzugewinnen. Bei einem bekannten Verfahren werden die Abgase mit Mitteln gewaschen, welche selektiv eine oder mehrere Säuregaskomponeriten absorbieren oder chemisch mit diesen reagieren. Jedoch haben die bisher angewendeten Wasch- und Reaktionsverfahren den Nachteil, daß beträchtliche Investitionen für die Anlagen und Ausrüstungen notwendig sind, um die verhältnismäßig kleinen Mengen von Säuregaskomponenten in den im Elektrolysierbereich gebildeten Gasen zu entfernen. Die Betriebskosten für solche Anlagen sind ebenfalls hoch. Ein weiterer, den chemischen Wasch- und Reaktionsveirfahren innewohnender Nachteil ergibt sich aus den

ao relativ niedrigen Konzentrationen der Säurekomponenten in den Abgasen und den daraus resultierenden niedrigen Absorptions- bzw. Reaktionsraten.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (DL-Patentschrift 60 996) handelt es sich bei den Feststoffpartikeln um poröses Glas, an dessen Oberfläche die Säuregaskomponente adsorbiert wird. Die Regenerierung des Adsorbens erfolgt durch Auswaschen mit Wasser, wobei die adsorbierte Säuregaskomponente in das Wasser übergeht, und anschließendes Trocknen.

Es ist ferner ein Verfahren bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 16 19 875), bei dem Nephelinsyenitpartikeln als Adsorbensmateriai zum Adsorbieren von Wasser verwendet werden; und zwar werden dort die Nephelinsyenitpartikeln in teilweise entwässerter Form verwendet, damit sich der in einem Gasstrom enthaltene Wasserdampf an den Partikeln anlagern kann. Die Regenerierung des Adsorbensmateriai erfolgt durch erneuten Entzug des Wassers.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß hinsichtlich der Entfernung der Säuregaskomponente ein möglichst hoher Wirkungsgrad bei möglichst geringen Betriebskosten erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gasstrom in Kontakt mit den Nephelinsyenitpartikeln gebracht wird, die vorher mit Wasser behandelt und anschließend getrocknet worden sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren führt die Vorbehandlung mit Wasser zu einer gewissen Auswitterung des Nephelinsyenits; darin enthaltene Alkaliatome und möglicherweise Aluminiumatome, die nicht festgebunden sind, wandern dabei zur Oberfläche und bilden dort eine monomolekulare Schicht. Diese instabile Atomschicht bewirkt eine hohe chemische Aktivität des so vorbehandelten Nephelinsyenits, und der auf eine chemische Reaktion hinauslaufende Anlagerungsmechanismus hat einen hohen Wirkungsgrad des Verfahrens zur Folge, weil insgesamt so viel von der Säuregaskomponente sorbiert weiden kann, wie dem stöchiometrischen Verhältnis der in dem Nephelinsyenit enthaltenen Alkalimengen entspricht. Dies gilt besonders auch für niedrige Konzentrationen der Säuregase. Es ist daher eine geringere Sorbens-Materialmenge "^forderlich, und der Druckabfall in dem Sorbensbett ist dementsprechend geringer. Das Anhaften der Säuregaskomponente an dem Sorbens ist wesentlich fester als dies bei den bekannten Verfahren

3 & 4

der Fall ist; auch hohe Temperaturen oder eine weitere Partikelgröße desselben und der bereits sorbierten

Behandlung des Nephelinsyenits mit Wasser oder Menge von Säuregasen zu wählen.

Wasserdampf führen nicht zur Entfernung der scr- Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren

bierten Säuregaskomponente. Erläuterung der mit dem erfindungsgemäßen Verfah-

Das Nephelinsyenit, welches ein feinkörniges natür- 5 ren erzielten Vorteile, liches Mineral ist, wird vorzugsweise in Form von

Partikeln einer Maximalgröße zwischen 5 und 0,03 mm Beispiel 1 verwendet. Zur Verwendung in einem Sackfilter haben

die Partikeln vorzugsweise eine Maximalgröße zwischen "'^{3 k}8 Nephelinsyenitmineral einer Partikelgröße

0 07 mm und 0,04 mm. Bei Verwendung der Partikeln >o ^zw'^schen 0,07 mm bis 0,04 mm wurden mit 3,63 kg

als stationäres oder bewegtes Bett haben sie Vorzugs- Wasser behandelt und dann mit Luft bei 93,3°C auf

weise eine Maximalgröße zwischen 3,4 und 1,2 mm ^einen Gleichgewichtszustand getrocknet. Das vorbe-

Für Rohrleitungsreaktionen haben sie vorzugsweise handelte Material wurde in ein Sackgehäuse mit einem

eine Maximalgröße zwischen 0,07 und 0,03 mm. Filterbereich von 11,1 m² geblasen.

Die vorherige Behandlung mit Wasser erfolgt vor- 15 Ein Gas mit einem Gehalt von 100 ppm Fluorwasserzugsweise so, daß zwar eine beträchtliche Wassermenge ^{stoff (HF}> ^{und 80} PP^m Schwefeldioxid (8O₂) wurde durch das Syenit absorbiert wird, die verwendete ^{durch das auf der} Oberfläche des Sackfilter liegende Wassermenge jedoch nicht so groß ist, daß ein Über- Festkörpermater.al geführt. Das Gas wurde durch das ichuß an obenstehendem Wasser gebildet wird. Vor- Festkorpermatenal bei einer Temperatur von 43,3 C lugsweise wird das Syenit bei Umgebungstemperaturen »° ^{und mit eiRer} Geschwindigkeit von 7,08 m³/m.n über mit zwischen 4,54 und 22,7 kg Wasser pro 45,4 kg ^eine Gesamtperiode von 30 Stunden geführt. Die Syenit behandelt und anschließend getrocknet. Das Raumgeschwindigkeit in dem Feststoffbett war etwa getrocknete Mineral in den oben erwähnten Partikel- 42000 h . _ , , . , , . größen weist sehr zufriedenstellende Sorptionseigen- Wahrend der ersten 20 Stunden enthielt das den schäften auf zum selektiven Entfernen von Fluor- *5 F'-terbereich verlassende Gas weniger als 2 ppm wasserstoff, Siliciumtetrafiuorid und Schwefeldioxid. Fluorwasserstoff und weniger als 2 ppm Schwefel-

Die Gase, die von dem Elektrolyseprozeßbereich ^dl0Xld· ^{Während der} ersten 10 Stunden waren d.e

durch Abzüge über den Elektrolysierbädern oder in Konzentrationen dieser Gase weniger als 0,2 ppm.

den Luftraum um diese Bäder aufsteigen, können Nach 20 Stunden kontinuierlichen Betriebs stiegen die zuerst mittels irgendeines geeigneten Verfahrens zur 3<> Konzentrationen der Säuregase an, und wahrend der

Entfernung von Partikeln, beispielsweise gemäß USA.- ^{Periode zwlschen 20} "^ndc³° ^Betnebsst"^{nden waren}

Patentschrift 33 24 630, vorbehandelt werden, bevor ^die Konzentrationen der Sauregase in dem ausstro-

sie dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen menuen Gas etwa 6 ppm Fluorwasserstoff und 5 ppm

werden. Schwefeldioxid.

Eine typische Analyse von Nephelinsyenit ist wie 35 _ . . . „

folgt: Beispiel 2

SQhknl"/ ^U'^{3 k}8 Nephelinsyenitmineral einer maximalen

Kaliumoxid nnKi_cn7°/ Sackgehause mit einem Filterbereich von 11,1 m*

FerrioxTd 0,6 bis 0.7 ^ _{40 gM}^ _{Ejn Gas mit einem Gehalt von 80 ppm} Fluor-

Maenesiumoxid 0 2V wasserstoff und 65 ppm Schwefeldioxid wurde durch

Natron Λ hk IΠ s ν ^s auf der Oberfläche des Sackfilters befindliche

Ka iurnkärhonat 4Sh! ιόν Festkörpermaterial geführt. Das Gas hatte eine Tem-

S;;_r ι""' υ¹"^{5 Wo} _Perat_Ur zwischen 37,8°C und 48,9°C und wurde in

1 /„ _{45 den Fjlter mit ejner Geschwind}ig_{kejt von} 7,08 m³/min

Es ist wünschenswert, daß die Gase das feinkörnige eingeführt. Die Raumgeschwindigkeit in dem Fest-

Nephelinsyenit in Kontakt mit demselben bei einer stoffbett war ungefähr 50000 h ¹. Das Gas wurde

Temperatur von etwa 37,8 bis 204⁰C und vorzugsweise über eine Gesamtzeit von 24 Stunden durch den

zwischen 37,8 und 93,3⁰C durchsetzen. Die Raumge- Feststoff geführt.

schwindigkeit des Gases durch das Nephelinsyenitbett 50 Während der ersten 10 Stunden kontinuierlichen

liegt vorzugsweise zwischen 10² bis 10⁷ h -¹ und vor- Betriebs war die Konzentration von Fluorwasserstoff

zugsweise zwischen 10⁴ bis 10^e h-¹. Die günstigsten sowie die von Schwefeldioxid in dem gereinigten Gas

Verfahrenstemperaturen und Raumgeschwindigkeiten jeweils weniger als 2 ppm. Nach 10 Stunden erhöhte

sind jeweils in geeigneter Weise in Abhängigkeit von sich die Konzentration dieser Gase in dem gereinigten der Konzentration der Säuregase, der Stärke des 55 Gas, und am Ende der 24 Stunden betrug die Konzen-

Bettes, des Sorptionsmaterials, der durchschnittlichen tration 15 ppm.

Claims (4)

22 22 13S Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen einer Säuregaskomponente aus einem Gasstrom, bei dem der Gasstrom in Kontakt mit die Säuregaskomponente aufnehmenden Feststoffpartikeln gebracht wird und dann der von der Säuregaskomponente befreite Gasstrom abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom in Kontakt mit Nephelinsyenitpartikeln gebracht wird, die vorher mit Wasser behandelt und anschließend getrocknet worden sind.

2. Verfahren nach Anspruch I, wobei die Säuregaskomponente einer Fluorwasserstoff, Siliciumtetrafluorid und Schwefeldioxid enthaltenden Gruppe angehört_r dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom bei einer Temperatur von 37,8 bis 204"C und mit einer Raumgeschwindigkeit von 10² bis 10⁷ h"¹ in Kontakt mit dem Nephelinsyenit gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung des Nephelinsyenits mit 4,54 bis 22,7 kg Wasser pro 45,4 kg Nephelinsyenit erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsvorgang in der Weise durchgeführt wird, daß das Nephelinsyenit mit Luft bei 93,3° C auf einen Gleichgewichtszustand getrocknet wird.