DE69120080T2

DE69120080T2 - Methode zur gas-feststoff-kontaktierung

Info

Publication number: DE69120080T2
Application number: DE69120080T
Authority: DE
Inventors: Christopher Geoffrey Mill Park Vic 3082 Goodes; Anthony Rudland Blackburn Vic 3130 Kjar; Robert Francis East Malvern Vic 3144 Still; Grant Ashley Mill Park Vic 3082 Wellwood
Original assignee: Comalco Aluminum Ltd
Current assignee: Rio Tinto Aluminium Ltd
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2011-08-03
Also published as: WO1992002289A1; AU649706B2; NO930346L; IS3739A7; NZ239236A; NO930346D0; EP0542797A4; JPH06501194A; EP0542797B1; CA2088484A1; AU8289291A; CN1059479A; EP0542797A1; BR9106725A; DE69120080D1; NO301965B1; ZA916107B; CA2088484C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Abgasströmen, und insbesondere auf die Entfernung der gasförmigen Bestandteile aus solchen Gasströme mit Hilfe der Feststoff-Kontaktierung.
Ein Beispiel für solche in einem Gasstrom vorhandenen gasförmigen Bestandteile, welche durch Feststoff- Kontaktierung entfernt werden können, findet man bei der elektrolytischen Herstellung von Aluminium. Gasförmige Fluoride und insbesondere Fluorwasserstoffe entstehen als unvermeidliche Folge des Schmelzprozesses im Abgas einer Potline. Wenn sie an die Atmosphäre entlüftet werden, ergeben diese Gase einen Nettoverlust von Fluoriden aus dem Prozeß, welcher eine große wirtschaftliche Bedeutung hat. Auch im Hinblick auf den Umweltschutz ist die Verringerung der Freisetzung von Fluoriden von großer Bedeutung.
Im derzeitigen Stand der Technik werden gasförmige Fluoride mit Hilfe eines trockenen Waschverfahrens aus den Abgasen entfernt. Dabei werden die rohen Abgase der Potline mit Aluminiumoxidpartikeln kontaktiert und die gasförmigen Fluoride werden auf der Oberfläche des Aluminiumoxids chemisorbiert und/oder physisorbiert. Die Aluminiumoxide werden dann zusammen mit allen mitgeschleppten von Anfang an in den Abgasen vorhandenen Partikeln in einem Sackfilter gesammelt.
Bei solchen trockenen Waschverfahren kann die primäre Kontaktierung zwischen dem Aluminiumoxiden und dem Abgasen in zwei verschiedenen Arten von Reaktoren durchgeführt werden, von denen der eine Typ als Förderreaktor bekannt ist.
In einem solchen Förderreaktor werden die primären Aluminiumoxide vor der Abtrennung in einen mit niedriger oder mäßiger Geschwindigkeit fließenden Gasstrom eingespritzt, bevor sie abgetrennt werden. Die Partikel werden in den Gasstrom zu dem Zweck eingespritzt, diese Partikel mitzuschleppen, so daß die Geschwindigkeit der Partikel gegenüber dem Gasstrom nur klein ist.
Obwohl solche Reaktoren einen sehr einfachen Aufbau haben, sind sie doch relativ unwirksame Gas-Feststoff-Kontaktoren und im allgemeinen muß ein Recycling (bis zu 20 mal) durchgeführt werden, um die gewünschte Auswaschung zu erreichen. Aufgrund des übermäßigen Handlings verursacht das Recycling einen hohen Reibungsverschleiß der Aluminiumoxidpartikel und da die Partikelgröße einen wichtigen Parameter bei der Potbeschickung von Aluminium spielt, können Probleme bei der Kontrolle auftreten, da der Potinhalt aufgrund eines zu hohen Anteils an Feinpartikeln ansteigen kann. Bei dieser Art von Reaktoren führt die hohe Recyclingrate ebenfalls zu einem hohen Anteil der in der Fluoridsorption verwendeten Aluminiumoxide, welche in den Sackfilter geleitet werden, wodurch sich eine hohe Beladung des Sackfilters mit Feststoffen ergibt.
Außerdem macht eine hohe Recyclingrate die Voraussage und Kontrolle dem Verhältnis der Fluoridsorption auf den Aluminiumoxiden schwierig.
In dem anderen Reaktortyp wird ein konventionelles Wirbelbettsystem eingesetzt. Ein solches System erfordert hohe anfängliche Investitionskosten und aufgrund des in dem gesamten Wirbelbett auftretenden starken Druckverlustes muß ebenfalls mit hohen Betriebskosten gerechnet werden.
Bei diesen beiden Arten von Reaktoren wird schließlich der gesamte Umfang der Aluminiumoxide an die Tiegel geleitet und daher werden auch alle Verunreinigungen (Kohlenstoff, Spurenmetalle und andere in dem Abgas vorhandene Partikel) an die elektrolytische Tiegel recycled.
In der Praxis wurde bei beiden Systemen herausgefunden, daß ein großer Anteil (üblicherweise 100%) der Menge der Beschickung der elektrolytischen Tiegel mit dem Abgasstrom kontaktiert werden muß, um die Konzentration der Fluoride wirksam auf ein akzeptierbares Maß abzusenken. Als Ergebnis der in dem Gasstrom vorhandenen Verunreinigungen wird die Gesamtqualität der Beschickung reduziert.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Wirksamkeit der Gas-Feststoff-Kontaktierung zu verbessern, so daß ein kleinerer Anteil der Menge der Aluminiumoxide verwendet werden kann, um den Prozentsatz der Fluoride in den Abgasen der Potline zu reduzieren.
Ziel jeder Art von Trockenwaschung ist es, die in einem Abgasstrom vorhandenen gasförmigen Verseuchungsstoffe im bestmöglichen Verhältnis auf dem partikelförmigen Material zu adsorbieren oder zu chemisorbieren, um so die höchstmögliche Beladung des partikelförmigen Materials mit Verunreinigungen zu erreichen. In wirtschaftlicher Hinsicht sollte dies dadurch erreicht werden, daß die mit der Kontaktierung von Gas und Feststoffen verbundenen Betriebskosten weitgehend verringert werden.
Es wurde herausgefunden, daß der Koeffizient des Massetransfers der Gasphase und folglich das Verhältnis des Massetransfers stark von dem Widerstand der die Partikel umgebenden Diffusionsgrenzschicht abhängt. Wenn diese Grenzschicht durch eine hohe Schlupfgeschwindigkeit (relative Geschwindigkeit zwischen Partikeln und Gasstrom in der Reaktionszone) wesentlich reduziert wird, so hängt der Massetransfer in diesem Fall von dem Verhältnis der Adsorption oder Chemisorption an der Oberfläche der Partikel ab. Im allgemeinen ergibt sich daraus, daß der Massetransfer in einem sehr viel höheren Verhältnis abläuft. Daher kann bei einer relativ kurzen Verweilzeit der Adsorptionsprozeß weitgehend ausgeglichen sein, während das partikelförmigen Material seine Sättigungsgrenze für die Gaskomponente erreicht, bevor es entfernt wird. Daher ist weniger partikelförmigen Material notwendig, um die gleichen Beladungen in der Gasphase zu verarbeiten.
Es wurde herausgefunden, daß, wenn das partikelförmigen Material mit einem sehr schnell fließenden Abgasstrom in einer Weise kontaktiert wird, daß die Schlupfgeschwindigkeit in der Reaktionszone höher ist, als bei Reaktoren aus dem Stand der Technik, die Wirkung der Diffusion an die Oberfläche der Partikel verringert wird und ihre Beteiligung an dem Gesamtverhältnis der Sorption vernachlässigbar ist.
Die AU-B-470 782 beschreibt ein Verfahren für die Entfernung von Fluorwasserstoffen aus Gasen durch Kontaktierung der Gase mit einem festen Adsorbenten in einem Wirbelbettreaktor. In diesem Verfahren wird ein zirkulierender Wirbelbettreaktor eingesetzt, in dem der zu behandelnde Gasstrom das Fluidatgas für das Wirbelbett bildet. Das Fluidatgas hat vorzugsweise eine Fließgeschwindigkeit von 1 bis 5 m pro Sekunde. Das das Wirbelbett erregende Gas wird so behandelt, daß es ein Teil des mitgeschleppten feineren partikelförmigen Materials entfernt werden kann, welches im zum größten Teil an das Wirbelbett zurückgeführt wird. Gröberes partikelförmigen Material wird von der Unterseite des Wirbelbettes entfernt.
Die US-A-4065271 beschreibt ein Verfahren für die Entfernung von Fluorwasserstoffen aus Gasen. Dieses Verfahren ist weitgehend gleich dem in der AU-B-0470782 beschriebenen Verfahren, das den Wirbelbettreaktor erregende Fluidatgas wird jedoch in einer Reihe von elektrostatischen Abscheidern aufbereitet, um die mitgeschleppten Partikel zu entfernen. Die schwereren Partikelfraktionen werden in das Wirbelbett oder in eine Tiegel für die Schmelzung von Aluminium zurückgeführt. Die mitgeschleppten leichteren Partikel, welche größere Mengen von Verunreinigungen enthalten, werden ausgeschieden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Auswaschen einer Gaskomponente aus einem Gasstrom, bei dem ein mit hoher Geschwindigkeit fließender Gasstrom in eine Reaktionszone geleitet wird, wobei dieser Gasstrom von der Unterseite in diese Reaktionszone eintritt, und dieser mit hoher Geschwindigkeit fließende Gasstrom in dieser Reaktionszone mit einem partikelförmigen Material kontaktiert wird, welches fähig ist, die Gaskomponente zu adsorbieren oder zu chemisorbieren, und bei dem dieses partikelförmige Material in diese Reaktionszone in einer Richtung eingeleitet wird, welche bewirkt, daß dieses partikelförmige Material eine nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente hat, und bei dem eine grobe Fraktion des partikelförmigen Materials aus der Reaktionszone entfernt und zurückgewonnen wird, dadurch gekennzeichnete daß diese Reaktionszone torusförmig gestaltet ist und der in die Reaktionszone eintretende Gasstrom mit einer aufwärts gerichteten Umfangsbewegung beaufschlagt wird, so daß in dieser Reaktionszone die Schlupfgeschwindigkeit des Gasstromes gegenüber dem partikelförmigen Material größer als 1 m pro Sekunde ist und eine feine Fraktion des partikelförmigen Materials durch den Gasstrom aus der groben Fraktion des partikelförmigen Materials ausgeschlämmt wird, während die feine Fraktion von dem Gasstrom mitgeschleppt und die Reaktionszone durch diesen Gasstrom erregt wird und die feine Fraktion anschließend aus dem Gasstrom zurückgewonnen wird, um auf diese Weise die feine Fraktion von der groben Fraktion zu trennen.
Vorzugsweise wird die grobe Fraktion des partikelförmigen Materials in axial nach unten verlaufender Richtung aus der Reaktionszone entfernt.
Vorzugsweise wird vor Durchführung der Waschung weitgehend das gesamte Feststoffmaterial aus dem Gasstrom entfernt.
Vorzugsweise besteht das partikelförmigen Material aus Aluminiumoxiden und die Gaskomponente besteht aus gasförmigen Fluoriden.
Weiterhin wurde herausgefunden, daß das aufbereitete feine partikelförmige Material (vorzugsweise mit einer Größe von weniger als 45 µm) einen verhältnismäßig größeren Anteil von Spurenmetallen enthält, als die aufbereiteten gröberen Partikel. Auf diese Weise kann die Verbundwirkung der Beimischung von Verunreinigungen in den als Beschickung verwendeten Aluminiumoxiden reduziert werden, wenn die feineren Partikel aus den aufbereiteten gröberen Aluminiumoxidpartikeln ausgeschlämmt werden.
Dadurch erreicht man zusätzliche Vorteile, da das feine partikelförmige Material Gesundheitsprobleme für Personen verursachen kann, die in der Umgebung der Schmelztiegel arbeiten.
Daher wird entsprechend der vorliegenden Erfindung mit Hilfe des Gasstroms eine feine Fraktion des partikelförmigen Materials aus der groben Fraktion ausgeschlämmt. Die feine Fraktion des partikelförmigen Materials wird durch den Gasstrom mitgeschleppt und verläßt die Reaktionszone zusammen mit dem Gasstrom. Die grobe Fraktion wird durch eine Leitung ausgeschieden, welche unterhalb der Reaktionszone angeordnet ist und sich anfänglich in axialer Richtung aus dieser Reaktionszone erstreckt.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß nur die feine Fraktion zusammen mit dem Gasstrom in den Sackfilter geleitet wird, wodurch die Beladung dieses Sackfilters mit Feststoffen verringert wird und dadurch die Betriebskosten solcher Anlagen gesenkt werden können. Außerdem werden die feinen Partikel, welche eine hohe Konzentration von Verschmutzungen, wie zum Beispiel mit Spurenmetallen enthalten, aus dem System ausgeschieden oder aber sie können getrennt bearbeitet werden.
Wenn der Anteil der Verschmutzungen in den behandelten Aluminiumoxiden noch weiter reduziert werden soll, so sollten zweckmäßigerweise weitgehend alle in dem Gasstrom enthaltenen Feststoffe vor der Kontaktierung mit dem sorbierenden partikelförmigen Material entfernt werden.
Das Verfahren der Kontaktierung wird in einer Anlage mit einer torusförmigen Reaktionszone durchgeführt, bei der der Gasstrom von der Unterseite dieser Reaktionszone zugeleitet wird. Der eintretende Abgasstrom tritt vorzugsweise in einem Winkel in die Unterseite der Reaktionszone ein, welcher gegenüber der Achse des Torus geneigt ist, so daß der Gasstrom mit einer um diese Achse verlaufenden Umfangsbewegung beaufschlagt wird, während er sich durch diese Reaktionszone bewegt. Auf diese Weise kann ein mit hoher Geschwindigkeit fließender Gasstrom in einer relativ kompakten Zone bearbeitet werden.
Da der Gasstrom eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hat, ist sich daraus ergebende Schlupfgeschwindigkeit des Gasstroms gegenüber dem partikelförmigen Material größer als 1 m/s, die Grenzschicht wird verringert und die Reaktion auf der Oberfläche des partikelförmigen Materials läuft rasch ab. Auf diese Weise ist nur eine kurze Kontaktierungszeit erforderlich, bis das partikelförmige Material den Ausgleich erreicht.
Die behandelte grobe Fraktion des partikelförmigen Materials wird nach einer vorbestimmten Verweilzeit entfernt und das feine partikelförmige Material wird mit dem Gasstrom weitergetragen.
Das Vorgesagte und weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen folgendes dargestellt ist:
Die Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm eines Systems für die Durchführung von Trockenwaschungen nach einer der Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
Die Fig 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage für die Durchführung einer der Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm der relativen Geschwindigkeiten (Ug, Up) des Gasstromes und eines Partikels in der Reaktionszone;
Die Fig. 4 zeigt einen perspektivischen Querschnitt einer Anlage für die Durchführung des Verfahrens nach einer der Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 5 bis 7 sind schematische Diagramme, welche die Verringerung der den Partikel umgebenden Diffusionsgrenzschicht zeigen, wenn die Schlupfgeschwindigkeit ansteigt;
Die Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung der Wirkung, die die Schlupfgeschwindigkeit auf das Verhältnis des Massetransfers hat, sowie die relative Verbesserung der Reaktionsergebnisses, und
Die Fig. 9, 10, 11 und 12 zeigen graphische Darstellungen der jeweiligen Mengen von Eisen, Vanadium, Nickel und Gallium, welche auf den Aluminiumoxiden in Abhängigkeit von der Größe der Partikel adsorbiert oder chemisorbiert werden.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Waschverfahren in Bezug auf die Entfernung von Fluoriden und Spurenmetallen, wie zum Beispiel Vanadium, Nickel, Gallium und Eisen aus den Abgasen eines Schmelztiegels für die Raffination von Aluminium beschrieben.
In dem in der Fig. 1 dargestellten Gesamtflußdiagramm des Verfahrens wird das rohe Abgas des Schmelztiegels 1 zuerst durch eine Stufe 2 für die Entfernung von Feststoffen geleitet, um aus dem Gasstrom 3 partikelförmiges Material in Form von Silika, Aluminiumoxiden oder Kohlenstoff zu entfernen, welche von dem Gasstrom mitgeschleppt worden sein können. Diese Stufe kann aus einer Reihe von Fliehkraft-Staubabscheidern oder Multizyklonen bestehen, oder aus anderen Vorrichtungen, welche für die Abtrennung von Staub verwendet werden.
Der Gasstrom wird dann an den Reaktor 4 geleitet, in dem Fluoride und Spurenmetalle auf die Oberfläche der primären Aluminiumoxide 5 adsorbiert oder chemisorbiert werden. Anschließend wird eine grobe Fraktion 6 von behandelten Aluminiumoxiden ausgeschieden und mit dem Beschickungsgut für die Raffination oder Schmelzung von Aluminium vermischt. Danach kann eine feinere Fraktion mit dem Gasstrom durch eine Drallscheibe 7 geleitet, um die größeren der mitgeschleppten Partikel abzutrennen, bevor sie an den Sackfilter 8 geleitet werden. Die gröberen Partikel 9 in der feinen Fraktion können an den Reaktor zurückgeführt werden und die restlichen Partikel 10 werden an den Sackfilter geleitet, um als Partikelstrom 11 aus dem Gasstrom ausgeschieden zu werden. Die an dem Partikelstrom 11 abgeschiedenen Partikel haben im allgemeinen eine Größe von weniger als etwa 45 µm, vorzugsweise jedoch von weniger als etwa 20 µm und in noch bevorzugterer Weise von weniger als etwa 10 µm.
Wenn es möglich ist, die Größe der aus dem Reaktor als feine Fraktion ausgeschiedenen Partikel ausreichend zu kontrollieren, so es ist nicht notwendig, ein Drallsystem vorzusehen.
In der in den Fig. 2 und 4 dargestellten Anlage 20 für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt ein Fluoride enthaltender Abgasstrom 21 in Richtung der dargestellten Pfeile in den Reaktor. Die Unterseite einer torusförmigen Reaktionszone 22 ist mit einer Anzahl von Einlaßrohren 23 bestückt, welche die mit hoher Geschwindigkeit eintretenden Abgase in einem Winkel von mindestens 80º an den Einlaß der Reaktionszone leiten, so daß sich die Gase in einer Richtung bewegen, welche weitgehend in Umfangsrichtung zu der Reaktionszone 22 verläuft. Auf diese Weise verursachen die Gase im Prozeßbereich des Reaktors 20 eine um die Achse der Reaktionszone 22 verlaufende Wirbelbewegung.
Die Aluminiumoxide werden in den Reaktor in einer gegenläufigen Richtung über eine axial verlaufende Rohrleitung 24 eingeleitet, welche eine divergierende konische Beschickungsleitung aufweist, um für eine gleichmäßige Verteilung des partikelförmigen Materials in dem Gasstrom zu sorgen, bevor er an der Position 25 in die torusförmige Reaktionszone gelangt.
Während die Partikel mit dem Gasstrom kontaktiert werden, verursachen die Wirbelbewegung des Gasstroms und die Schlupfgeschwindigkeit des Gasstroms gegenüber den Partikeln ein Abscheren oder Abbrechen der Diffusionsgrenzschicht, wie dies später noch erklärt wird. Die Partikel werden anfänglich durch Zentrifugalkraft an die Außenseite der Reaktionszone 22 geschleudert, wenn jedoch noch mehr Partikel in den Reaktor eingegeben werden, so füllt sich die Reaktionszone und die behandelten Partikel werden zwangsweise in das Innere der Reaktionszone bewegt. Die behandelten Partikel, welche den Sorptionsprozeß durchlaufen haben, werden über eine Rohrleitung 28 in Form von Strömen 26, 27 aus dem Reaktor abgeleitet und mit der Beschickung des Schmelztiegels für die Raffination oder des Schmelzpots vermischt.
Die Wände des Reaktors 29 können sich von den in der Fig. 4 gezeigten Wänden nach oben erstrecken und sich (nicht dargestellt) nach außen verjüngen, um die feineren Partikel festzuhalten, bis sie behandelt wurden, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist.
Wie bereits weiter oben gesagt, ist, wenn die Aluminiumoxidpartikel in die Reaktionszone gelangen, die als Unterschied zwischen der Geschwindigkeit der Partikel und der Geschwindigkeit des Gasstromes bekannte Schlupfgeschwindigkeit groß genug, um die den Partikel umgebende Diffusionsgrenzschicht abzuscheren oder zu unterbrechen. Dies ist in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellt.
In der Fig. 5 ist die Geschwindigkeit der Partikel (Up) weitgehend gleich der Fließgeschwindigkeit (Ug) des Gasstroms. Daraus ergibt sich eine Schlupfgeschwindigkeit von nahe Null und entspricht einem Waschvorgang welcher in einem Förderreaktor durchgeführt wird. Wie man aus der Zeichnung ersehen kann, ist die Diffusionsgrenzschicht groß und daraus ergibt sich ein hoher Widerstand der Gasphase.
In der Fig. 6 hat sich die Schlupfgeschwindigkeit erhöht, woraus sich ein geringerer Widerstand der Diffusionsgrenzschicht und ein schnellerer Massetransfer der Gasphase ergibt. Diese Situation ist gleich der Situation in einem Wirbelstromreaktor und obwohl das Ergebnis des Waschvorgangs verbessert wird, beeinträchtigen die höheren Investitions- und Betriebskosten weitgehend die Vorzüge dieses Reaktortyps.
Wenn die Fließgeschwindigkeit (Ug) des Gasstroms sehr viel höher als die Strömungsgeschwindigkeit (Up) der Partikel ist, wie dies in der Fig. 7 gezeigt wird, so wird der durch die Diffusionsgrenzschicht verursachte Widerstand stark abgesenkt. Die Partikel, welche eine Strömungsgeschwindigkeit von annähernd Null in Richtung des Gasstromes und eine Schlupfgeschwindigkeit von etwa 1 m pro Sekunde haben, gewährleisten einen ausreichend niedrigen Widerstand gegen den Massetransfer der Gasphase, um so eine wirksame Gaswaschung zu erreichen. Obwohl die Geschwindigkeit des Gases nicht ausreichend sein kann, um die gesamte Grenzschicht zu entfernen, so wird doch eine ausreichende Menge dieser Grenzschicht entfernt oder abgebrochen, so daß die Beteiligung des Verhältnisses der Diffusion der Fluoride an die Partikel in dem gesamten Ergebnis der Reaktion stark verringert wird. Daher ist der Schritt, welcher das Verhältnis in der Gesamtreaktion bestimmt, die Adsorption oder Chemisorption der Fluoride auf die Oberfläche der Aluminiumoxide.
Wenn die Reaktion zwischen den Fluoriden und den Aluminiumoxiden sowohl schnell als auch vollständig abläuft, kann die Kontaktierung mit den Aluminiumoxiden in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden. Um das große Volumen der in einem Aluminiumschmelzer anfallenden Abgase zu handhaben, könnte es möglich sein, daß eine parallel angeordnete Reihe von Reaktoren vorgesehen werden muß. Eine typische Trockenbehandlung von gasförmigen Fluoriden aus den Abgasen eines Schmelztiegels muß in der Lage sein, 2-3·10&sup4; m³/hr bei einer Konzentration von 100-400 ppmHF zu gewährleisten.
Die Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung der Schlupfgeschwindigkeit in m/s in der X-Achse, den Koeffizienten des Massetransfers in Zentimetern pro Sekunde in der Y1-Achse und den Prozentsatz der relativen Verbesserung des Reaktionsergebnisses in der Y2-Achse.
Ein für die Auswaschung von Gasen eingesetzter Wirbelbettreaktor besitzt typischerweise eine Schlupfgeschwindigkeit von 0,6 m/s, während ein Förderreaktor eine Schlupfgeschwindigkeit von weniger als 0,1 m/s hat. Daher ergeben sich die Vorteile einer Bearbeitung bei einer Schlupfgeschwindigkeit von mehr als 1 m/s ganz deutlich aus der Fig. 8.
Für die erfindungsgemäße Auswaschung von Gasen in einer torusförmigen Reaktionszone können Schlupfgeschwindigkeiten von vorzugsweise zwischen 4 bis 5 m/s mit der daraus resultierenden Erhöhung des Wirkungsgrades de-r Auswaschung eingesetzt werden. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann bei Verwendung einer torusförmigen Reaktionszone die Anlage so betrieben werden, daß eine feine Fraktion der Aluminiumoxide mit dem Gasstrom für eine spätere Rückgewinnung befördert wird. Außerdem beträgt der Druckverlust in der torusförmigen Reaktionszone mit einem Durchmesser von 1 m 98-194 N/m² (10-30 mm H&sub2;O), welcher eine Größenordnung darstellt, die geringer ist, als die Größenordnung in dem entsprechenden Wirbelbettreaktor für die Auswaschung von Gasen.
Die Anmelder haben herausgefunden, daß eine feine Fraktion mit einer Größe von weniger als 45 µm eine unverhältnismäßig große Menge insbesondere von Spurenmetallen adsorbiert oder chemisorbiert.
Die Fig. 9, 10, 11 und 12 illustrieren die Sorption von jeweils Eisen, Vanadium, Nickel und Gallium in ppm (Y- Achse) als Funktion der Größe der Partikel (X-Achse).
Bei der Adsorption oder Chemisorption von gasförmigen Fluoriden aus den Abgasen eines Schmelztiegels für die Raffination von Aluminium auf Aluminiumoxiden werden sowohl die Fluoride als auch die behandelten Aluminiumoxide als Beschickungsgut für den Raffinationstiegel verwendet. Spurenmetalle, wie zum Beispiel Gallium, Nickel, Eisen und Vanadium werden als Verseuchungsstoffe betrachtet und werden aufgrund ihrer Anwesenheit in den Abgasen gleichzeitig mit den gasförmigen Fluoriden auf den Aluminiumoxiden adsorbiert oder chemisorbiert.
Um zu verhindern, daß diese Spurenmetalle zusammen mit den aufbereiteten Aluminiumoxiden an den Raffinationstiegel zurückgeführt werden, wird die feine Fraktion, welche einen unvergleichlich höheren Anteil an Spurenmetallen aufweist, zurückgewonnen und nicht mehr als Beschickungsgut für den Raffinationstiegel verwendet. Aus den Fig. 9 bis 12 kann man ersehen, daß die Fraktion von Partikeln mit einer Größe von weniger als etwa 10 µm den größten Anteil von Spurenmetallen aufweist, man kann jedoch auch erkennen, daß man Vorteile erreichen kann, wenn eine feine Fraktion in einer Größenordnung von bis zu etwa 45 µm abgetrennt wird.
Die Tabelle 1 zeigt die Absenkung des Anteils von Verunreinigungen, welche durch die Entfernung von Aluminiumoxiden mit einer Partikelgröße von etwa 20 µm und Aluminiumoxiden mit einer Partikelgröße von weniger als etwa 45 µm erreicht wird. TABELLE 1 Element Größe der entfernten Fraktion Gew.-% der Aluminiumoxide % der entfernten Verunreinigungen
Man kann sehr leicht erkennen, daß der Vorteil der Abtrennung der feinen Fraktion von Partikeln im Vergleich zu Vanadium und Nickel sehr deutlich ist.
Obgleich die vorliegende Erfindung im wesentlichen in Bezug auf die Entfernung von gasförmigen Fluoriden aus den Abgasen eines Schmelztiegels für Aluminium durch Kontaktierung mit Aluminiumoxiden beschrieben wurde, wird der Fachmann leicht erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise auch für andere Verfahren für die Auswaschung von Gasen oder die Kontaktierung von Gasen mit Feststoffen angewendet werden kann, welche von dem Verhältnis der Diffusion anderer auf das adsorbierende oder chemisorbierende Partikel abhängen. Zum Beispiel besteht eine weitere Anwendungsmöglichkeit in der Entschwefelung von Rauchgasen oder Prozeßgasen. Solche Gase, welche Schwefel in Form von Schwefeldioxid oder anderen Arten von Oxiden enthalten, müssen zuerst vor ihrer Entlüftung an die Atmosphäre aufbereitet werden, um vor ihrer Abgabe die schädlichen Wirkungen auf die Umwelt auf ein Mindestmaß zu reduzieren. In der generellen Praxis kann die Bearbeitung in feuchten oder trockenen Waschanlagen durchgeführt werden. In solchen Fällen kann das feste Kontaktmedium Kalk oder Kalkhydrid oder aber auch Zinkoxid sein. Eine Reduzierung der die Partikel umgebenden Diffusionsgrenzschicht kann das Ergebnis der Reaktion und des Wirkungsgrades erhöhen.

Claims

1. Verfahren für die Auswaschung einer gasförmigen Komponente aus einem Gasstrom (21), bei dem ein mit hoher Geschwindigkeit fließender Gasstrom (21) an eine Reaktionszone (22) geleitet wird, wobei dieser Gasstrom (21) von der Unterseite in diese Reaktionszone (22) eingeleitet wird und der mit hoher Geschwindigkeit fließende Gasstrom (21) in der Reaktionszone (22) mit einem partikelförmigen Material kontaktiert wird, welches in der Lage ist, die gasförmige Komponente zu adsorbieren oder zu chemisorbieren, wobei dieses partikelförmigen Material in diese Reaktionszone in einer Richtung so eingeleitet wird, daß das partikelförmigen Material eine nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente hat, und bei dem eine grobe Fraktion des partikelförmigen Materials aus der Reaktionszone (22) entfernt und zurückgewonnen wird, sowie eine feine Fraktion des partikelförmigen Materials mit Hilfe des Gasstroms aus der groben Fraktion des partikelförmigen Materials ausgeschlämmt wird, und die feine Fraktion in dem Gasstrom mitgeschleppt wird und die Reaktionszone über den Gasstrom erregt, wonach diese feine Fraktion dann aus dem Gasstrom zurückgewonnen wird, um auf diese Weise diese feine Fraktion von der groben Fraktion zu trennen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone torusförmig ausgestaltet ist und der in die Reaktionszone einfließende Gasstrom mit einer nach oben gerichteten Umfangsbewegung beaufschlagt wird, so daß die Schlupfgeschwindigkeit dieses Gasstroms gegenüber dem partikelförmigen Material größer als 1 Meter pro Sekunde ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfgeschwindigkeit des Gasstroms (21) in der Reaktionszone (22) gegenüber dem partikelförmigen Material größer als 4 m/s ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfgeschwindigkeit des Gasstroms (21) in der Reaktionszone (22) gegenüber dem partikelförmigen Material kleiner als 5 m/s ist.

4. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorption oder Chemisorption der gasförmigen Komponente aus dem Gasstrom (21) auf das partikelförmige Material weitgehend ein Gleichgewicht erreicht hat, bevor das partikelförmigen Material die Reaktionszone (22) in Erregung versetzt.

5. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material aus Aluminiumoxiden besteht und daß die gasförmige Komponente aus einem gasförmigen Fluorid besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Partikel der feinen Fraktion weniger als etwa 45 µm beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Partikel der feinen Fraktion weniger als etwa 20 µm beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Partikel der feinen Fraktion weniger als etwa 10 µm beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom ein Abgasstrom ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom aus der Raffination oder Schmelzung von Aluminium stammt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückgewonnene grobe Fraktion der Aluminiumoxidpartikel als primäre Beschickung für einen Tiegel für die Schmelzung von Aluminium verwendet wird.

12. verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die grobe Fraktion des partikelförmigen Materials in axialer Richtung nach unten aus der Reaktionszone entfernt wird.