DE2225686B2

DE2225686B2 - Vorrichtung zur sorptiven abtrennung von gasfoermigen fluorverbindungen aus einem gasstrom

Info

Publication number: DE2225686B2
Application number: DE19722225686
Authority: DE
Inventors: Wolf Chatou Mühlrad (Frankreich)
Original assignee: Air Industrie S A Courbevoie Hautsde Seine Frankreich
Current assignee: Air Industrie Environnement Aie Sa Courbevoi
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1977-08-25
Also published as: DE2225686A1; NO133180C; NL7207266A; YU140772A; FR2139648B1; DE2225686C3; JPS4813273A; NO133180B; YU34844B; US3780497A; CH558199A; FR2139648A1; NL170498B; IT960455B; SU673147A3; CA978867A; JPS5242740B2; NL170498C; GB1396597A

Description

Bekanntlich sind die mit Fluorverbindungen beladenen Dämpfe eine der unangenehmsten Quellen für die atmosphärische Verschmutzung.

In der Praxis stellt die Sorption von Fluorverbindungen an pulverförmigem Aluminiumoxid ein wirksames Verfahren zur Abtrennung von. gasförmigen Fluorverbindungen aus einem Gasstrom dar. Dabei wird pulverförmiges Aluminiumoxid in Form eines waagerechten Fließbettes verwendet, durch das infolge einer Saugwirkung der zu reinigende Gasstrom nach oben fließt, wobei die Dicke des Flkßbettes, die Geschwindigkeit des Stromes durch das Bett und folglich die Kontaktzeit zwischen dem Bett und dem Strom so gewählt ist, daß die Kontaktzeit zwischen den Gasen und dem Fließbett ausreicht, um die Sorption des größten Teils der in den Gasen enthaltenen gasförmigen Fluorverbindungen auf den Aluminiumoxidteilchen zu gewährleisten. Die feinen, mit den Fluorverbindungen beladenen Aluminiumoxidteilchen werden anschließend in einem über dem Fließbett angeordneten Sackfilter gesammelt. Bei einem derartigen Verfahren erleidet der durch das Fließbett hindurchfließende Gasstrom einen beträchtlichen Druckverlust. Diese Druckverluste, die mehrere hundert Millimeter Wassersäule betragen können, stellen einen beträchtlichen Energieverbrauch dar. Weiterhin nimmt die Wirksamkeit des Fließbettes zwischen dem Eintritt von frischem Aluminiumoxid und der Abgabe des mit Fluor beladenen Aluminiumoxids ständig ab, so daß der durch den stromaufwärts gelegenen Teil des Bettes fließende Gasstrom sehr viel wirksamer behandelt wird als der durch den stromabwärts gelegenen Teil des Bettes fließende Gasstrom. Außerdem ist es schwierig, ein Fließbett mit Aluminiumoxid zu erhalten, das über die gesamte Länge des Bettes homogen ist, da es nicht möglich ist, eine gewöhnliche poröse Platte zu verwenden, weil die Platte in kurzer Zeit durch den in den zu behandelnden Gasen enthaltenen Staub verstopft würde. Hierin liegt eine zusätzliche Ursache für die ungleichmäßige Wirksamkeit eines Fließbettes im Hinblick auf den durch dasselbe fließenden Gasstrom.

Aus der GB-Patentschrift 2 85 038 ist ein Verfahren zum Kontaktieren eines Gasstroms mit Feststoffteilchen bekannt, bei dem der Gasstrom durch eine senkrecht angeordnete Säule, in der die Teilchen zur gleichmäßigen Verteilung schwebend gehalten werden, geleitet wird und bei dem anschließend die mit den Verunreinigungen beladenen Feststoffteilchen in einem Abscheider, aus dem der gereinigte Gasstrom abgeführt

ίο wird, gesammelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur sorptiven Abtrennung von gasförmigen Fluorverbindungen mit Hilfe von pulverförmigem Aluminiumoxid aus einem Gasstrom bereitzustellen, bei der unter Erhöhung der Kontaktzeit und Vermeidung einer Turbulenz die Aluminiumoxid-Teilchen gleichmäßig in dem zu behandelnden Gasstrom verteilt werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur sorptiven Abtrennung von gasförmigen Fluorverbin-

jo düngen aus einem Gasstrom mit einer senkrecht angeordneten Sorptionssäule, die an ihrem unteren Ende mit einer konvergent-divergenten Einrichtung zur Einleitung des Gasstromes versehen ist, über der ein Ausgußrohr für pulverförmiges Aluminiumoxid mündet

und die an ihrem oberen Ende an einen Abscheider für die Feststoffteilchen angeschlossen ist, der über Trichter und eine Rückführleitung mit dem Ausgußrohr verbunden ist, erfindungsgernäß dadurch gelöst, daß das Ausgußrohr an der Oberkante des divergenten Teils der

konvergent-divergenten Einrichtung mündet und daß in der Rückführleitung ein regelbares Absperrorgan vorgesehen ist.

Im Gegensatz zu der aus der GB-PS 2 85 038 bekannten Vorrichtung wird bei der erfindungsgemä-Ben Vorrichtung durch die Anordnung des Ausgußrohres an der Oberkante des divergenten Teils der konvergent-divergenten Einrichtung die Kontaktzeit zwischen den Feststoffteilchen und dem Gasstrom erhöht, da an dieser Stelle die Geschwindigkeit des Gasstroms ein Minimum erreicht. Dadurch wird außerdem die Turbulenz an der Wand und damit der örtliche Verschleiß weitgehend vermieden. Weiterhin wird eine gute Vermischung der beteiligten Komponenten erreicht.

Durch die Anordnung des regelbaren Absperrorgans in der Rückführleitung ist es möglich, die Beschickung der Säule an die jeweilige Qualität des verwendeten Aluminiumoxids entsprechend anzupassen.

Zur Überwachung des regelbaren Absperrorgans ist vorteilhaft rings um den divergenten Teil der Konvergent-divergenten Einrichtung unterhalb der Einmündung des Ausgußrohres ein photoelektrischer Detektor angeordnet. Die Detektoreinrichtung spricht auf das Vorhandensein und die Anzahl von Aluminiumoxidteilchen an, die bestrebt sind, sich infolge ihres Gewichts im Gegenstrom unter eine am unteren Teil der Adsorptionssäule befindliche Schwelle zu bewegen, wobei die Überwachung so geschieht, daß der Massenstrom der umlaufenden Aluminiumoxidteilchen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs aufrechterhalten wird. Die Detektoreinrichtung kann mit Vorteil von gewöhnlicher photoelektrischer Art sein und enthält vorzugsweise eine Anzahl von Detektorstufen, die in vertikaler Richtung in Abständen angebracht sind, wobei die gesamte Anordnung so aufgebaut ist, daß sich der Massenstrom der umlaufenden Aluminiumoxidteilchen in entgegengesetztem Sinne mit der Anzahl der Detektorstufen ändert, die durch die im Geeenstrom

fließenden Aluminiumoxidteilchen beeinflußt werden.

Die genannte gesteuerte Detektoreinrichtung kann, falls erforderlich, so ausgelegt werden, daß sie als Sicherheitssystem wirkt, das den Storm des umlaufenden Aluminiumoxids sperrt und, falls erforderlich, ein Alarmsignal gibt.

Es ist von Vorteil, wenn die mit dem Abscheider in Verbindung stehende Station, in der das Aluminiumoxid aufgefangen wird, ein getrenntes System aufweist, das frisches Aluminiumoxid zuführt. ,₀

Im Falle einer Aluminium erzeugenden Anlage liegt die Konzentration der Aluminiumoxidteilchen in der Sorptionssäule vorzugsweise über 50 g/m³, wobei der Gasstrom eine Geschwindigkeit von etwa iO bis 20 m/sek. besitzt und die Höhe der Säule so gewählt ist, daß die Gase eine Verweilzeit von etwa 1 Sekunde haben. Unter diesen Bedingungen liegt der Druckabfall in der Säule nur im Bereich von etwa 30 bis 50 mm Ws.

Die folgenden Figuren dienen zur Erläuterung der Erfindung. Es zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung ist für eine Aluminium erzeugende Industrieanlage ausgelegt, die eine Reihe von elektrolytischen Bädern 1 aufweist, die mit pulverförmigem Aluminiumoxid und fluorierten Produkten (unter anderem Cryolith und Aluminiumfluorid) beschickt werden.

Die dargestellte Vorrichtung enthält eine Sorptionssäule 2, durch die hindurch der zu reinigende Gasstrom von den Bädern 1 nach oben fließt. Ungesättigtes, pulverförmiges Aluminiumoxid wird dem unteren Teil der Säule 2 über ein Ausgußrohr 3 zugeführt, das an der oberen Kante einer konvergent-divergenten Einrichtung 4 einmündet, die zur Herbeiführung von Strömungsbedingungen ausgebildet ist, die der Abwärtsbewegung von Aluminiumoxidteilchen entgegen der Strömungsrichtung entgegenwirken.

Der obere Teil der Säule 2 ist an einen Abscheider 5 angeschlosssen, der einen Filter mit einem Filtertuch und Bodentrichter 5a aufweist, in denen sich 80 bis 85% der größten Aluminiumoxidteilchen infolge ihres Gewichts oder durch Dekantieren unmittelbar absetzen, während die feineren Teilchen auf einem Filtertuch gesammelt werden, das in bestimmten Abständen durch Schwingungen und/oder durch einen Gegenstrom gereinigt wird.

Der Reinigungszyklus kann etwa 10 bis 15 Minuten dauern. Dies hängt von der Porosität des Filtermediums und den vertretbaren Druckabfällen ab.

Die Strömung des mit Teilchen beladenen Stromes durch die Säule 2 und den Abscheider 5 wird durch einen Ventilator 6 bewirkt, der stromabwärts des Filters angeordnet ist und einen gereinigten Gasstrom durch einen Schornstein 7 abgibt.

Das teilweise mit Fluorverbindungen beladene und in den Trichtern 5a aufgefangene Aluminiumoxid wird zumindest zum Teil zurück zur Säule 2 in Umlauf gebracht, bis sein Fluorgehalt dem erwünschten Gehalt in den zur Zufuhr in den Bädern 1 vorgesehenen fluorierten Produkten entspricht. (Der Fluorgehalt beträgt gewöhnlich 0,5 bis 3% entsprechend der Porosität des verwendeten, pulverförmigen Aluminiumoxids).

Um das Aluminiumoxid in Umlauf zu bringen, werden die Trichter 5a über einen Förderer 8 einem Zwischentrichter 9 zugeführt, in den frisches Aluminiumoxid durch eine mit einem Ventil 11 versehene Versorgungsleitung 10 unmittelbar hineingeleitet werden kann. Der Boden des Trichters 9 kann mit dem Ausgußrohr 3 verbunden werden, das die Säule 2 über eine mit einem Ventil 13 versehene Abführleitung Γ2 versorgt, oder er kann mit einem Silo verbunden werden, das die Bäder 1 über eine mit einem Ventil 15 versehene Abführleitung 14 versorgt.

Der Durchsatz des in Umlauf gebrachten Aluminiumoxids kann reguliert werden, etwa durch ein stromauf des Ausgußrohres 3 in der Leitung 12 angebrachtes drehbares Absperrorgan 16, wobei das Absperrorgan 16 in seiner Drehbewegung von einem photoelektrischen Detektor 17 überwacht wird, der mehrere Niveaus aufweist, die auf das Vorhandensein von Aluminiumoxidteilchen ansprechen und rings um den divergenten Teil der konvergent-divergenten Einrichtung 4 in Abständen unter der Stelle angeordnet sind, an der das Ausgußrohr in die Säule 2 einmündet.

Diese Anordnung kann die Zufuhr von Aluminiumoxid ergänzen, indem entweder Anteile an frischem Aluminiumoxid über die Versorgungsleitung 10 in den Zwischentrichter 9 hineingeieitet werden, nachdem ein Teil des beladenen Aluminiumoxids durch die Abführleitung 14 in die Bäder 1 abgeführt worden ist, oder indem der Zwischentrichter 9 über die Leitung 14 vollständig entleert und über die Leitung 10 mit frischem Aluminiumoxid gefüllt wird.

Einen Zwischentrichter zu verwenden, der nur einen Teil der gesamten, für die elektrolytischen Bäder bestimmten Charge enthält, und diesen Teil wieder in Umlauf zu bringen, wobei sich daran ein teilweises Auffrischen anschließt, oder es in einem einzigen Verfahrensschritt erfolgt, scheint den Betriebsbedingungen einer Aluminium erzeugenden Industrieanlage am besten zu entsprechen.

In einer solchen Anlage liegt der von den elektrolytischen Bädern kommende Gasstrom im Bereich von etwa 170 000 bis 180 000m³;t erzeugten Aluminiums. Würde das gesamte, für die Versorgung der elektrolytischen Bäder bestimmte Aluminiumoxid im Gasreinigungskreislauf in einem einzigen Durchgang und ohne Wiederumlauf verwendet, so würde der entstehende Gehalt der festen Phase nur etwa 11 bis 12 g/m³ betragen, also viel weniger als der zur Gewährleistung eines wirksamen Betriebs der Sorptionssäule 2 erforderliche Gehalt (Gesamtstaubgehalt im Bereich von etwa 50 bis 600 g/m³).

Um diesen letztgenannten Gehalt aufrechtzuerhalten, ist es praktisch unerläßlich, das benutzte Aluminiumoxid in Umlauf zu bringen und anschließend, entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich, frisches Aluminiumoxid von etwa 2 bis 24% der in der Säule 2 wirkenden Aluminiumoxidmenge zu ergänzen.

Unter diesen Bedingungen ist das Aluminiumoxid durchaus in der Lage, in der dargelegten Weise Fluorverbindungen aufzunehmen.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die eine Variante der ersten Ausführungsform darstellt, wird im folgenden anhand der F i g. 2 beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen für die der F i g. 1 entsprechenden Teile gelten.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten darin, daß die Abscheidung der festen Teilchen, die sich in dem von der Sorptionssäule kommenden Gasstrom in Suspension befinden, in zwei aufeinanderfolgenden Schritten geschieht, wobei im ersten die verhältnismäßig großen Aluminiumoxidteilchen (im Bereich von etwa 20 bis 30 μ) gesammelt

werden und im zweiten der im Gasstrom nach dem ersten Schritt in Suspension verbliebene feine Staub gesammelt wird.

Die zweite AusfUhrungsform ist übrigens dann von Bedeutung, wenn die elektrolytischen Bäder nennenswerte Mengen an Verunreinigungen in Form von feinem Staub erzeugen, von denen damit zu rechnen ist, daß sie die Eigenschaften des erzeugten Aluminiums beeinträchtigen, wenn sie zu den Bädern wieder in Umlauf gebracht werden. Die zweite AusfUhrungsform ist deswegen von Beudeutung, weil sie, im zweiten Schritt, verwendet werden kann, um den feinen Staub einschließlich schädlicher Verunreinigungen zu isolieren, vom Hauptstrom zu entfernen und, falls erforderlich, einer besonderen weiteren Reinigung zum Zweck der Rückgewinnung zu unterwerfen.

Die Einrichtung zum ersten Abscheiden weist einen Zyklon 18 mit waagerechter Achse auf, der am oberen Ende der Säule 2 angeordnet ist und dem Trichter 9

verhältnismäßig große Aluminiumoxidteilchen über seinen an der Außenseite befindlichen Sammler 19 zuführt. Die Einrichtung zum zweiten Abscheiden enthält einen Filtertuch-Abscheider 20, dem vom zentralen Sammler des Zyklons 18 über eine Leitung 21 feiner Staub zugeführt wird, und der Abscheider führt den feinen Staub einem Förderer 22 zu, der über ein Ventil 23 mit einer Abführ- oder Reinigungsstation verbunden ist.

Liegen keine feinstaubigen Verunreinigungen vor, se kann die Ausbeute der Anlage mit Vorteil verbesserl werden, indem eine direkte Verbindung zwischen dem Förderer 22 und dem Trichter 9 hergestellt wird. Die direkte Verbindung, die in F i g. 2 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, umfaßt eine mit einem Venti 25 versehene Leitung 24. Das Ventil 25 ist im genannter günstigen Fall, bei dem keine Verunreinigunger vorliegen, geöffnet (Ventil 23 ist dabei geschlossen).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur sorptiven Abtrennung von gasförmigen Fluorverbindungen aus einem Gasstrom mit einer senkrecht angeordneten Sorptionssäule, die an ihrem unteren Ende mit einer konvergent-divergenten Einrichtung zur Einleitung des Gasstromes versehen ist, über der ein Ausgußrohr für pulverförmiges Aluminiumoxid mündet und die an ihrem oberen Ende an einen Abscheider für die Feststoffteilchen angeschlossen ist, der über Trichter und eine Rückführleitung mit dem Ausgußrohr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgußrohr (3) an der Oberkante des divergenten Teils der konvergent-divergenten Einrichtung (4) mündet und daß in der Rückführleitung (12) ein regelbares Absperrorgan (16) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwiachung des regelbaren Absperrorgans (16) rings um den divergenten Teil der konvergent-divergenten Einrichtung (4) unterhalb der Einmündung des Ausgußrohres (3) ein photoelektrischer Detektor (17) angeordnet ist.