DE804366C

DE804366C - Filter zur Rueckgewinnung von Edelmetallteilchen aus Gasen

Info

Publication number: DE804366C
Application number: DEP34790A
Authority: DE
Inventors: James L Bennett; Donald G Morrow
Original assignee: Baker and Co Inc; Hercules Powder Co
Current assignee: Baker and Co Inc; Hercules Powder Co
Priority date: 1948-02-28
Filing date: 1949-02-21
Publication date: 1951-04-23
Also published as: FR980191A; BE487276A; GB663382A; CH274228A

Description

Filter zur Rückgewinnung von Edelmetallteilchen aus Gasen Vorliegende Erfindung betrifft einen Filtrierapparat und im besonderen ein Filter zur Rückgewinnung von Edelmetallen, die von Katalysatoren bei chemischen Reaktionsvorgängen von Gasen verlorengehen.
Bei der Oxydation von Ammoniak zum Beispiel wird Ammoniakgas mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen, z. B. Luft, gemischt, und diese Gasgernische werden durch oder Tiber einen auf höherer Temperatur gehaltenen Katalysator geleitet, wodurch das Ammoniak zu Oxyden des Stickstoffes oxydiert wird. Diese Oxyde des Stickstoffes werden vor allem bei der Herstellung von Salpetersäure gebraucht, wobei die erwähnten Oxyde des Stickstoffes von Wasser absorbiert «erden. Aber auch bei der Herstellung von Schwefelsäure Nverden die Stickoxyde gebraucht.
Der Katalysator hat üblicherweise die Form von Gaze, aber er kann auch aus durchlöcherten Platten, Streifen oder anderen passenden Gebilden bestehen. Das Katalysatormetall, aus dem das Gebilde geformt ist, enthält ein Edelmetall, üblicher-weise Platin oder eine Legierung desselben mit einem anderen Edelmetall, beispielsweise eine Legierung von Platin und Tridium oder von Platin und Rhodium, kann aber auch Nichtedelmetalle oder andere Materialien enthalten.
Die Katalysatoren Nverden bei höheren Temperaturen, wie 65o0 C und iooo' C und darüber, benutzt und erleiden beträchtliche Metallverluste während des Vorganges infolge physikalischen und chemischen Angriffs der Gase. Die Menge des so N-erlorengehenden Katalysatormetalls wächst mit steigender Temperatur und steigendem Arbeitstempo. Einige Katalysatoren erleiden größere Metallverluste als andere infolge der geringeren Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Angriff der reagierenden oder entstehenden Gase.
Infolge der hohen Kosten des Katalysatormetalls stellen solche Verluste eine wesentliche Geldeinbuße dar. Zum Beispiel erfordert die Oxydation von Ammoniak zu Oxyden des Stickstoffs ein Arbeiten bei verhältnismäßig hohen Temperaturen und mit einem verhältnismäßig hohen Arbeitstempo. Dabei sind die auftretenden Metallverluste häufig 68,439 hoch auf 45 3593 kg verbranntes .Ammoniak oder noch höher.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer hochwirksamen Filtereinheit, die aus den Gasgemischen die Edelmetalle entfernt und die zugleich dem Durchfluß der Gase einen möglichst kleinen Widerstand bietet. Solch ein Filter ist wünschenswert, weil die für die Überwindung des Filterwiderstandes nötige Energie voll in die Produktionskosten eingeht.
Ferner soll der Filterapparat verhältnismäßig billig gebaut und dessen Filterelement leicht und billig ersetzt werden können.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Filter zur Rückgewinnung von Edelmetallteilchen aus Gasen, bestehend aus einem röhrenförmigen, mit einer Einlaß- und Auslaßöffnung für das Gas versehenen Behälter und Mantel, einer porösen, in dem Mantel konzentrisch gehaltenen Filtereinheit, bestehend aus einem gelochten Rohr, dessen eines Ende in direkter Verbindung mit der einen Öffnung steht und dessen anderes Ende verschlossen ist, und einer Filterdecke ans faserförmigem, feuerfestem Material, das sich über die ganze Ausdehnung des Rohres erstreckt, sowie Mitteln, um die Decke an der Röhre festzulialten, derart, daß das Gas durch die poröse Filtereinheit strömt, die in direkter Verbindung mit der anderen Öffnung steht. Ferner ist ein abnehmbarer Deckel an dem einen Ende des röhrenförmigen Mantels vorgesehen, durch den die Filtereinheit herausgezogen werden kann.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch veranschaulicht. Es bedeutet Abb. i Schnitt durch einen vertikal angeordneten Filterapparat gemäß der Erfindung; Abb. 2 ist eine vergrößerte Ansicht von oben und zeigt die Konstruktion der Befestigungsklammervorrichtung, wobei der Schnitt entlang der Linie 2-2 in Abb. i geführt ist; Abb. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. i ; Abb. 4 zeigt einen Schnitt durch einen horizontal angeordneten Filterapparat gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung; Abb. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Abb. .4; Abb.6 ist ein vergrößerter Seitenriß, der die Konstruktion der Befestigungsklammervorrichtung zeigt, wobei der Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 4 geführt ist; Abb. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 4; Abb.8 gibt eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung der Filtereinheit. In den Abb. 1, 2 und 3 hat der röhrenförmige Behälter oder Mantel io eine Einlaßöffnung ii an seinem unteren Ende und einen Flansch 12 am oberen Ende, wodurch eine von einem Flansch umgebene Öffnung gebildet wird, die im wesentlichen dem inneren Durchmesser des Mantels io entspricht. An den Mantelflansch 12 ist ein Flanschdeckel 14 angeschraubt, der abnehmbar und mit einer Auslaßöffnung 15 versehen ist, die mit dem Leitungssystem der Gesamtanlage verbunden werden kann.
An der Innenseite des röhrenförmigen Mantels io ist in Höhe des Flansches 12 ein Filtertragring 16 fest angebracht, der eine röhrenförmige Filtereinheit 17 trägt, welche konzentrisch in dem Mantel aufgehängt ist. Die Filtereinheit bildet eine poröse Scheidewand, durch welche die Gase von der Einlaßöffnung i i zu der Auslaßöffnung 15 strömen. Die röhrenförmige Filtereinheit 17 enthält im Inneren eine gelochte Röhre 18, die sich im wesentlichen über die ganze Länge des Mantels erstreckt und mit einem Tragflansch i9 versehen ist, welcher auf dem Filtertragring 16 aufliegt. Um die durchlöcherte Röhre 18 ist eine Filterdecke 2o aus faserförmigem, feuerfestem Material herumgelegt, welche an dieser durch eine äußere poröse Siebwand 21 festgehalten ist. Diese Wandung wird um die Filterdecke 2o herum mittels mehrerer in Abständen angeordneter Klammerbänder 22 festgehalten. Wie Abb.2 zeigt, besteht jedes Klammerband aus einem Band oder schmalen Streifen 23 mit einer schlitzförmigen oder länglichen Öffnung 24 in der Mitte seines einen Endes und mit einem mit einem Gewinde versehenen Loch 25 in der Mitte und nahezu am Ende seines gegenüberliegenden Endes. Dieses Loch kann die Anzugsschraube 26 aufnehmen. Das verstärkte Ende 28 des Bandes 23 muß genügend dick sein, um eine zuverlässige Schraubverbindung zwischen dem erwähnten Loch 25 und der Anzugsschraube 26 zu gewährleisten. Diese Konstruktion der Klammerbänder ist eine ausreichende und feste, aber leicht zu lösende Einrichtung, um die äußere poröse Filterwandung 21 an ihrem Platz um die Filterdecke 20 festzuhalten.
An dem Filtertragflansch i9 ist ein Griff 30 fest angebracht, um das Herausziehen der Filtereinheit aus dem röhrenförmigen -Mantel und das Einbringen in denselben zu ermöglichen.

Zwischen dem Flanschdeckel 14 und dem Filtertragflansch i9 ist ein innerer Abdichtungsring 31 vorgesehen, und zwischen dem Flanschdeckel 14 und dem Flansch des Mantels 12 liegt ein äußerer Abdichtungsring 32. Verschraubungsbolzen 33 bewirken eine feste Verbindung des Deckels 14 mit den Mantel- und Filtertragflanschen 12 bzw. i9. Die innere und äußere Dichtung 31 bzw. 32 ergeben einen ausreichenden Schutz gegen die zu filternden, unter Druck stehenden Gase.

An der durchlöcherten Röhre 18 ist eine Boden-

platte 35 fest angebracht und bildet deren untere

Wand. Die Platte 35 erstreckt sich Tiber den ganzen

Durchmesser des Filterelementes und dient als

Unterstützung der Filterdecke 20 und der äußeren

Filterschicht 21.

An der -zXullenw2ind der i-i>llrenförmigeti Hülle io

sind gegenüberhegende Tragkonsole 36 zur Anl>rin-

gung des Apparates vorgesehen.

Gemäß den Abb.4, 5, 6 wid 7, die eine andere

Ausführungsform der Ertiii(Ititig darstellen. besitzt

ein röhrenfö rniigerMantel 4o einen Flansch 41. Mit

dem Flansch 4 1 ist ein Flanschdeckel 42 mittels

Schraubbolzen verbunden. Der Deckel 42 ist mit

einer Auslaßö ffnung 43 versehen, die durch Flansche

mit dem Rolirleittingssystein der Anlage verbunden

werden kann. Das andere Ende des Mantels .4o ist

mit einer Einlal.iöffnung .14 versehen, die ebenfalls

durch Flansche mit dein Rohrleitungssystem der

Anlage verbunden werden kann.

An dem geflailscilten Deckel .42 ist mit Hilfe der

Nasen .46 eine Filtereinheit 45 befestigt. Diese

Nasen 46 springen an (lein Deckel 42 vor und gehen

durch ein finit eineue Flansch versehenes Teil 47.

Das mit einem Flansch versehene Teil 47 ist mit

den Nasen mittels der Stifte .48 verbunden und

ferner mit eincin anderen. ebenfalls mit einem

Flansch versehenen Teil 49 fest verbunden. Diese

Kombination dient als die eine Seite der zentralen

Halterung der Filtereinheit 45. Das andere Ende

der Filtereinheit 4.5 wird zentral gehalten mittels

der Distanzrippen 5o, die auf eincin Haubenteil 5i

angebracht sind. Dieses Haubenteil ;1 ist mit einem

starren durchlöcherten Rollt 52 fest verbunden und

bildet dessen Abschlußwandung. Das Haubenteil 5i

erstreckt sich über den ganzen Durchmesser der

Filtereinheit 45 und bildet zusammen mit dein

Flanschteil 49 die Eildstütze für die beiden Enden

einer F"ilter<lecl;e 53. Die Filtereinheit 45 bildet eine

poröse Trennwand. (furch die die Gase von der Ein-

laßötfntitig 44 zu (leg -\uslaL3üttnung 43 strömen.

Die Filterdecke 53 ;itis einem faserförmigen wärme-

festen Material ist uni die durchlöcherte Röhre 52

herumgelegt und wird ati dieser an ihrem Platz

durch eine iitiliere poröse Sielmand 54 festgehalten.

Diese Siebwand wird uni feie Filterdecke 53 herum

befestigt mittels mehrerer in Abständen angeord-

neter Klanimei-1>älider 55. Wie aus Abb. 6 ersicht-

lich, besitzt (las eilte 13estaii(lteil 56 jedes Klammer-

landes eine schlitzförmige oder längliche Öffnung

57 in der Nähe seines einen Endes. Das andere Be-

standteil 58 jedes Klammerbandes trägt einen her-

vorstehenden Knopf 59, der in der dargestellten

U"eise in die längliche Öffnung 57 des Bestand-

teiles 56 eingreift. Die Bestandteile 56 und 58 wer-

den, z. B. durch ScliN\eil.'jen, nie jedem Ende (ges Ban-

des befestigt. Diese Konstruktion ergibt eine feste

und doch leicht zu lösende Einrichtung, uni die

äußere, poröse Filterschicht 54 uni die Filterdecke

53 Herum festzuhalten.

Da die Filtereinheit .15 an (lern Deckel 42 be-

festigt ist, kann sie leicht aus (lern Mantel 4o ent-

fernt werden. Dazu werden die Deckelbolzen 6o

entfernt und die Filtereinheit 45 mittels des Deckels

42 herausgezogen. Eine ringförmige Einlage 61 ge-

,välirleistet zusammen mit den Deckelbolzen 60 eine

wirksame Abdichtung zwischen Deckel .42 und

Mantel 4o gegen die zu filternden, unter Druck

stehenden Gase.

An der Außenwand der röhrenförmigen Hülle 40

sind Fußstützen 62 fest angebracht, welche zur

Unterstützung des Apparates dienen.

Der Filterapparat, wie er in den Abb. r bis

dargestellt ist, ist besonders für eine Gasflul3rich-

tung geeignet, bei der die unter Druck stehenden

Gase von der Einlaßöffnung durch die poröse Wan-

dung strömen, dann durch die Filterdecke in (las

durchlöcherte Rohr und schließlich zur Ausgangs-

öfftiung. Wenn der Fluß der Druckgase bei diesem

Apparattvl) umgekehrt wurde, «-ürde eine stärkere

Abstützung für die verhältnismäßig schwache,

äußere poröse Wandung oder Siebfläche notwendig

werden. `t'erden nun zusätzliche Klammerbänder

angebracht, so wächst der Strömungswiderstand

unerwünscht an. Werden aber nicht genügend

Klanirnerhä nder angebracht, so besteht die Gefahr,

dal3 die Filterflecke durch Undichtigkeiten längs

des Rohres und der Endverschlüsse umgangen wir(l,

mit dein unerwünschten Ergebnis, (lall zum min-

desten eire Teil des Gases durch den Apparat

streicht, ohne die Filterdecke passiert zti haben.

Abb. e steift eine weitere Ausführung der Er-

findung dar und ist ein Querschnitt eines vertikalen

oder eines horizontalen Filters. In (lern röhrenförmi-

geil -Mantel 40lietindet sich die Filtere inllei t7o.1)ei der

eine faserfiii-niige Filterdecke aus feuerfestem --Mate-

rial 7 r zwischen einem äußeren, starren, (lurchlöcher-

ten I@olir 7 = tln(l einer inneren pori@scii Wandung oder

Siebfläche 73 angeordnet ist. Diese Filtereinheit ist

besonders für (letil#all geeignet, daß dieStrömungs-

richtung so ist, daß die Gase von der Einlaßö ffnung

zuerst in (las Innere der Einheit gelangen. durch die

poröse Schicht fflicl3eii, dann durch die Filterdecke

und das äußere 'Pragrohr und schließlich längs (leg

Mantelwand zur Auslaßö lfnung. Es ist hier nicht

nötig, Klaninierbänder für die Schutzschicht vor-

zusehen.

Apparate, die Filtereinheiten der dargelegten Art

enthalten, sind auch geeignet, Edelmetalle zurück-

zugewinnen, feie von Katalysatoren während der

chemischen Reaktion von Gasen verlorengegangen

sind. Die Ausführungen gemäß Abb. i bis 7 sind

vorzuziehen. da sie leichter zu montieren und ab-

zunehmen sind als die Filtereinheit gemäß Abb. B.

Bei allen Ausführungsformen ist es von größter

Wichtigkeit, daß der freie Fluß der gasförmigen

Medien nicht wesentlich gehemmt wird, sei es durch

(las Filter selbst oder durch eine schädliche Ände-

rung im Filter, -,vie z. B. durch Zerstörung; der

lockeren Filterstruktur infolge (leg Kondensation

an Wasser oder anderen Flüssigkeiten. Durch Be-

einträchtigung (ges freien Flusses der gasförmigen

Medien wird der Verlauf des empfindlichen kata-

lvtischen Prozesses im Konverter nachteilig beein-

fltißt. Daher sollen auch die Öffnungen in dem

Tragrohr der Filterdecke eine Gesamtquerschnitt-

fläche aufweisen, die nahezu gleich oder besser noch größer ist als der Querschnitt der Einlaßöffnung. Aus dem gleichen Grunde sollte das Filter an einer Stelle der Gasleitung angeordnet werden, an der die Temperatur über der Kondensationstemperatur des Wasserdampfes oder anderer Dämpfe in dem gasförtnigen '_\ledium liegt. Bei einem katalytischen Prozeß befinden sich die Gase auf einer erhöhten Temperatur, die zwischen der hohen Temperatur in der Katalysatorkammer und deren Ausgang und der niederen atmosphärischen Temperatur am Ende des Prozesses liegt. Da die Gase anfänglich außerordentlich heiß sind und gewöhnlich Wasserdampf enthalten, muß der Filter ziemlich heißen Gasen widerstehen können, wenn er einen Platz bekommen soll, an dem die Kondensation ausgeschlossen ist.

Die Rückgewinnung von Edelmetallen, die von Katalysatoren verlorengingen und in den Gasstrom übergegangen sind, ist außerordentlich schwierig, nicht allein weil der freie Fluß des gasförmigen Mediums im wesentlichen ungestört bleiben muß, sondern ebensosehr weil das Edelmetall sich im Zustand einer außerordentlich feinen Verteilung in dem gasförmigen Medium befindet. Diese feine Verteilung der winzigen Teilchen in einem großen Gasvolumen erfordert also ein Filter von höchster Leistungsfähigkeit, das zugleich so eingerichtet ist, daß es den katalytischen Vorgang nicht störend beeinflußt.
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Filter überraschend leistungsfähig sind bezüglich der Rückgewinnung von bei chemischen Reaktionsvorgängen von Gasen verlorenen Edelmetallkatalysatoren, wetm man bedenkt, daß die Katalysatorteilchen in dem Gasstrom in einem Zustand feinster Unterteilung mitgerissen werden und über ein sehr großes Gasvolumen verteilt sind. Mit erfindungsgemäßen Filtern wurden Rückgewinnungsquoten von mehr als 65 °/o des Edelmetalls erreicht, das von dem Katalysator verlorenging. Die Erfindung soll nicht auf eine spezielle Theorie ihrer Wirkungsweise festgelegt werden, jedoch kann angenommen werden, daß die große Leistungsfähigkeit dieses Filters weitgehend zwei Gründen zuzuschreiben ist. Zunächst ergibt der zylindrische Aufbau des Filters sowohl eine große Menge und große Oberfl-iche des Filtermaterials als auch einen sehr geringen Widerstand gegen den Gasfluß. Zweitens dürften die durch das Gas mitgerissenen Katalysatorteilchen elektrostatisch aufgeladen sein und in der Filterdecke wegen dieser Ladung hängenbleiben, also nicht nur mechanisch aufgehalten werden. Diese Theorie der Wirkungsweise dürfte durch die Tatsache bestätigt werden, daß die der Katalysatorteilchen in der Nähe der Oberfläche der Filterdecke zurückgehalten wird, mit der ja der Gasstrom zuerst in Berührung kommt. Nur ein kleiner Teil wird in den tieferen Schichten der Decke festgehalten.
Die Materialien, aus denen die Filtereinheiten vorliegender Erfindung gebaut werden sollten, richten sich weitgehend nach dem speziellen Prozeß, für den die Einheit verwendet werden soll. Bei der Herstellung von Oxyden des Stickstoffes hat es sich als zweckmäßig erwiesen, alle Teile der Filtereinheiten aus rostfreiem Stahl zu machen, damit sie der starken Korrosionswirkung der Produkte standhalten können. Die Filterdecke kann aus irgendeinem faserförmigen feuerfesten Material bestehen, wie Glaswolle, Quarzwolle, Steinwolle, Faserasbest oder einer Kombination solcher Stoffe in Mischung oder in Schichten. Von diesen Materialien sind Glaswolle und Quarzwolle vorzuziehen, wogegen Asbest am wenigsten wünschenswert ist wegen seiner Neigung, bei Dauerbetrieb immer mehr abzudichten, wodurch der Widerstand des Filters gegenüber dem Gasstrom ansteigt.
Die genaue Zeitdauer, während der eine Filtereinheit mit hohem Wirkungsgrad arbeitet, hängt ab von der Menge des umgesetzten Gases, dem Zustand und der Temperatur des Katalysators und dem Arbeitstempo. Infolge der Leichtigkeit, mit der Filtereinheiten und Teile derselben ersetzt werden können, «erden dabei die Prozesse nur unwesentlich unterbrochen. Es ist natürlich möglich, mehrere Filterapparate parallel anzuordnen, und zwar so, daß der Gasfluß von dem einen Apparat zum anderen umgeschaltet werden kann, während die Filtereinheiten ausgewechselt werden. Es kann außerdem zweckmäßig sein, mehrere Filterapparate in Reihe anzuordnen, um den Prozentsatz des wiedergewonnenen Edelmetalls weiter zu erhöhen.
Der Edelmetallgehalt der entnommenen Filterdecken kann durch beliebige, an sich bekannte Mittel zurückgewonnen werden. Zum Beispiel kann die Decke mit Königswasser behandelt werden, das Platin und die meisten Metalle der Platingruppe auflöst. Stickstoffverbindungen der Metalle können durch Abdampfen mit Salzsäure zerstört werden. Dann kann das Platin mittels Ammoniumchlorid ausgefällt werden und andere anwesende Edelmetalle mittels Zink; Rhodium, Iridium und Ruthenium, soweit sie von Königswasser nicht aufgelöst wurden, können durch Schmelz- und Reinigungsbehandlung zurückgewonnen werden.
Diese Erfindung wurde vorstehend für die Oxydation von Ammoniak zu Salpetersäure beschrieben, ist jedoch nicht auf diesen Prozeß beschränkt, vielmehr auch anwendbar für die Wiedergewinnung von Edelmetallen, die von Edelmetallkatalysatoren bei anderen Prozessen verlorengehen. Weiterhin beschränkt sich die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Filter zur Rückgewinnung von Edelmetallteilchen aus Gasen, gekennzeichnet durch einen röhrenförmigen, tnit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung für das Gas versehenen Behälter, eine in dem Behälter konzentrisch angebrachte poröse Filtereinheit, bestehend aus einem gelochten Rohr, dessen eines Ende in direkter Verbindung mit der einen Öffnung steht und dessen anderes Ende verschlossen ist, eine Filterdecke aus faserförmigem, wärmefestem, über die ganze Ausdehnung des Rohres verteiltein Jlaterial und Mittel, um die Decke an dem Rohr festzuhalten, derart, daß das Gas durch die in direkter Verbindung mit der anderen Öffnung stehende poröse Filtereinheit strömt, und einen an demjenigen Ende des röhrenförmigen Behälters, durch welchen die Filtereinheit herausziehbar ist, abnehmbar angeordneten Deckel.
2. Filter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich über die ganze zylindrische Oberfläche der Filterdecke ein poröser Mantel erstreckt, der die Filterdecke an dem durchlochten Rohr festhält.
3. Filter nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des gelochten Rohres in direkter Verbindung mit der im abnelnnbaren Deckel angeordneten Auslaßöffnung steht.
4. Filter nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des gelochten Rohres in direkter Verbindung mit der im abnehmbaren Deckel angeordneten Einlaßöffnung stellt. j. Filter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Filterdecke aus Ouarz«-olle oder Glasrolle besteht.