WO2003082440A1 - Verfahren und vorrichtung zur gasreinigung - Google Patents

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Klaus Schebanek
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    • B01D2257/202—Single element halogens
    • B01D2257/2027—Fluorine

Definitions

  • the invention relates to a method for gas purification with finely divided adsorbents in an entrained-flow reactor through which the gas to be cleaned flows turbulently.
  • Such a process is used, for example, in the aluminum industry to separate fluorine compounds.
  • the adsorption takes place on finely divided A1 2 0 3 , which can be fed to the reduction process for the production of aluminum after loading with fluorine compounds.
  • the fine-particle solids used as adsorbents are fluidized in a feed shaft of the entrained flow reactor and fed into the gas stream to be cleaned by an injector arranged inside the entrained flow reactor.
  • the solids exit radially from openings on the circumference of the injector and are carried along in the gas flow.
  • the gas flow is turbulent, with essentially the same flow speed occurring over the entire flow cross-section of the entrained-flow reactor and the solid being more or less uniformly distributed in high concentration.
  • the apparatus wall of the entrained-flow reactor is subject to considerable wear and tear.
  • the invention is based on the object of reducing the wear on the apparatus wall of the fluid flow reactor by carrying out a process.
  • the object is achieved according to the invention in a method with the features described at the outset in that A velocity profile is generated in the gas flow, which has a core flow and a zone with a higher flow speed than the core flow between the apparatus wall of the entrained flow reactor and the core flow, and that the fine-particle adsorbents are introduced into the area of the core flow.
  • the setting of the flow profile according to the invention causes dilution in a zone near the wall.
  • flow equalization takes place from the area near the wall to the core flow, with the solid being concentrated in the area of the core flow.
  • the effects described are supported by the fact that the finely divided adsorbents are introduced into the area of the ceramic flow.
  • the procedure according to the invention ensures that high solids concentrations are kept away from the apparatus wall of the entrained-flow reactor. This reduces the wear on the apparatus wall.
  • the invention also relates to an entrained-flow reactor for gas purification which is suitable for carrying out the method
  • a nozzle arranged in the gas flow at a distance from the container wall
  • the guide apparatus is flowed through by gas which exits the guide apparatus in the direction of flow of the gas flowing through the container with a lower flow velocity than the main flow flowing past the outside of the guide apparatus and carries the adsorbents introduced into the interior of the guide apparatus.
  • the finely divided solids are fed according to the invention in the direction of flow of the gas stream to be cleaned in a gas stream with a high solids concentration, the feed stream being encased by a gas stream free of solids at a higher flow rate. Due to the effects already described, a high solids concentration can be kept away from the apparatus wall in this way.
  • the diffuser is preferably designed as a channel, which is open at both ends within the container and through which a partial flow of the gas to be cleaned flows.
  • the mass of the solid slows down the gas flow in this area, which creates the desired flow profile with high flow velocity near the wall.
  • a gas line for carrier gas is connected to the diffuser, the flow of which can be regulated independently of the gas flow of the gas to be cleaned.
  • the carrier gas can also be a gas to be cleaned.
  • the gas quantities that are led through the diffuser and past the outside of the diffuser can be controlled separately in this version.
  • the flow profile can be varied within the current apparatus.
  • a plurality of feed devices for adsorbents are provided, which connect in a star shape to the jacket-side openings of the diffuser. Slides, vibrating troughs, conveyor belts or screw conveyors can be used as feed devices.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the entrained-flow reactor.
  • the basic structure of the entrained flow reactor shown in the figures consists of a container 1 through which a gas 2 to be cleaned flows, a diffuser 3 arranged in the gas flow at a distance from the container wall and supply devices 4 for finely divided adsorbents connected to the diffuser 3 ,
  • the feed devices 4 for the finely divided solids connect in a star shape to the jacket-side openings of the guide apparatus 3 and are designed as slides, vibrating troughs, conveyor belts, screw conveyors or the like.
  • the diffuser 3 has gas flowing through it.
  • the gas flows in the direction of flow of the gas flowing through the container 1 from the diffuser and carries the adsorbents introduced into the interior of the diffuser 3.
  • the flow rate of the gas / solid stream emerging from the guide device 3 is lower than the flow rate of the solid-free gas stream flowing past the outside of the guide device 3.
  • the result is a speed profile 5, which is shown schematically in FIG. 1.
  • the illustration shows that a velocity profile 5 is generated in the gas flow, which has a core flow 6 and a zone 7 between the apparatus wall of the entrained flow reactor and the core flow 6 with a higher flow speed than the core flow 6.
  • the fine-particle adsorbents are introduced into the area of the core flow.
  • a cross flow 8 directed from the outside inward is connected, which is indicated in FIG. 1 by flow arrows.
  • the cross flow 8 supports the concentration of the solid in the core area of the flow.
  • the transverse flows 8 directed from the outside inward also bring gas from zones near the wall into contact with the solid.
  • the diffuser 3 is designed as a channel which is open at both ends within the container 1 and through which a partial flow of the gas to be cleaned flows.
  • the mass of the solid introduced into the diffuser 3 brakes the gas flow through the diffuser 3, which results in the flow profile shown in FIG. 1 established.
  • the arrangement is particularly suitable for large solid mass flows.
  • a gas line 9 for carrier gas is connected to the diffuser 3, the flow of which can be regulated independently of the gas flow 2 of the gas to be cleaned.
  • the gas to be cleaned can also be used as the carrier gas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasreinigung mit feinteiligen Adsorbentien in einem Flugstromreaktor, der von dem zu reinigenden Gas turbulent durchströmt wird. Erfindungsgemäss wird in der Gasströmung ein Geschwindigkeitsprofil erzeugt, das eine Kernströmung und zwischen der Apparatewand des Flugstromreaktors und der Kernströmung eine Zone mit einer im Vergleich zur Kernströmung höheren Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Ferner werden die feinteiligen Adsorbentien in den Bereich der Kernströmung eingebracht. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Flugstromreaktor zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gasreinigung
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasreinigung mit feinteiligen Adsorbentien in einem Flugstromreaktor, der von dem zu reinigenden Gas turbulent durchströmt wird.
Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der Aluminiumindustrie zur Abscheidung von Fluorverbindungen eingesetzt. Die Adsorption erfolgt an feinteiligen A1203, das nach einer Beladung mit Fluorverbindungen dem Reduktionsprozess zur Herstellung von Aluminium zugeführt werden kann.
Nach einem aus US 4 501 599 bekannten Verfahren werden die als Adsorbentien eingesetzten feinteiligen Feststoffe in einem Zuführschacht des Flugstromreaktors fluidisiert und durch einen im Innern des Flugstromreaktors angeordneten Injektor in den zu reinigenden Gasstrom eingespeist. Die Feststoffe treten radial aus Öffnungen am Umfang des Injektors aus und werden im Gasstrom mitgeführt. Die Gasströmung ist turbulent, wobei sich über den gesamten Strömungsquerschnitt des Flugstromreaktors eine im Wesentlichen gleiche Strömungsgeschwindigkeit einstellt und der Feststoff in hoher Konzentration mehr oder weniger gleichmäßig verteilt ist. Die Apparatewand des Flugstromreaktors unterliegt dabei einer erheblichen Beanspruchung durch Verschleiß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Verfahrensführung den Verschleiß an der Apparatewand des Fluσstromreaktors zu reduzieren.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Gasstromung ein Geschwindigkeitsprofil erzeugt wird, das eine Kernstromung sowie zwischen der Apparatewand des Flugstromreaktors und der Kernstromung eine Zone mit einer im Vergleich zur Kernstromung höheren Stromungsgeschwindig- keit aufweist, und dass die feinteiligen Adsorbentien in den Bereich der Kernstromung eingebracht werden. Die Einstellung des erfindungsgemaßen Stromungsprofils bewirkt eine Verdünnung in einer wandnahen Zone. Hinzu kommt, dass mit fortschreitender Fließlange ein Stromungsausgleich von dem wandnahen Bereich zur Kernstromung hin erfolgt, wobei sich der Feststoff im Bereich der Kernstromung aufkonzentriert. Die beschriebenen Effekte werden dadurch unterstutzt, dass die feinteiligen Adsorbentien in den Bereich der KeriiStromung eingebracht werden. Durch die erfindungs- gemäße Verfahrensfuhrung wird erreicht, dass hohe Feststoffkonzentrationen von der Apparatewand des Flugstromreaktors ferngehalten werden. Damit nimmt die Verschleißbeanspruchung der Apparatewand ab.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein zur Durchfuhrung des Verfahrens geeigneter Flugstromreaktor zur Gasreinigung mit
einem Behalter, der von einem zu reinigenden Gas durchströmt ist,
einem in der Gasstromung mit Abstand zur Behalterwand angeordneten Leitapparat und
mindestens einer an den Leitapparat angeschlossenen Zufuhreinrichtung für feinteilige Adsorbentien, wobei der Leitapparat von Gas durchströmt ist, das in Strömungsrichtung des den Behälter durchströmenden Gases mit einer im Vergleich zu der an der Außenseite des Leitapparates vorbeiströmenden Hauptströmung geringeren Strö- mungsgeschwindigkeit aus dem Leitapparat austritt und die in den Innenraum des Leitapparates eingebrachten Adsorbentien mitführt. Die feinteiligen Feststoffe werden erfindungsgemäß in Strömungsrichtung des zu reinigenden Gasstromes in einem Gasstrom mit hoher Feststoffkonzentration aufgegeben, wobei der Aufgabestrom von einem feststofffreien Gasstrom mit höherer Strömungsgeschwindigkeit ummantelt wird. Durch die bereits beschriebenen Effekte kann auf diese Weise eine hohe Feststoffkonzentration von der Apparatewand ferngehalten werden.
Der Leitapparat ist vorzugsweise als Kanal ausgebildet, der innerhalb des Behälters an beiden Stirnseiten offen und von einem Teilstrom des zu reinigenden Gases durchströmt ist. Die Masse des Feststoffes bremst den Gasstrom in diesem Bereich, wodurch sich das gewünschte Strömungsprofil mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in Wandnähe einstellt.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass an den Leitapparat eine Gasleitung für Trägergas angeschlossen ist, dessen Mengenstrom unabhängig von dem Gasstrom des zu reinigenden Gases regelbar ist. Bei dem Trägergas kann es sich ebenfalls um ein zu reinigendes Gas handeln. Die Gasmengen, die durch den Leitapparat und an der Außenseite des Leitapparates vorbeigeführt werden, können bei dieser Ausführung separat geregelt werden. Dadurch kann das Strömungsprofil 'innerhalb des Stromapparates variiert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind eine Mehrzahl von Zuführeinrichtungen für Adsorbentien vorgesehen, die sternförmig an mantelseitigen Öffnungen des Leitapparates anschließen. Als Zuführeinrichtungen sind Rutschen, Schwingrinnen, Transportbänder oder Schneckenförderer einsetzbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Flugstromreaktor zur Gasreinigung im Längsschnitt,
Fig. 2 den Schnitt I-I aus Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung des Flugstromreaktors.
Der in den Figuren dargestellte Flugstromreaktor besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Behälter 1, der von einem zu reinigenden Gas 2 durchströmt ist, einem in der Gasströmung mit Abstand zur Behälterwand angeordneten Leitapparat 3 und an dem Leitapparat 3 angeschlossenen Zuführ- einrichtungen 4 für feinteilige Adsorbentien. Die Zuführeinrichtungen 4 für die feinteiligen Feststoffe schließen sternförmig an mantelseitige Öffnungen des Leitapparates 3 an und sind als Rutschen, Schwingrinnen, Transportbänder, Schneckenförderer oder dergleichen ausgebildet.
Der Leitapparat 3 ist von Gas durchströmt. Das Gas tritt in Strömungsrichtung des den Behälter 1 durchströmenden Gases aus dem Leitapparat aus und führt die in den Innenraum des Leitapparates 3 eingebrachten Adsorbentien mit. Die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Leitapparat 3 austretenden Gas-/Feststoff-Stromes ist kleiner als die Strömungsge- schwindigkeit des an der Außenseite des Leitapparates 3 vorbeiströmenden feststofffreien Gasstromes. Es resultiert ein Geschwindigkeitsprofil 5, das in Fig. 1 schematisch eingezeichnet ist. Der Darstellung entnimmt man, dass in der Gasströmung ein Geschwindigkeitsprofil 5 erzeugt wird, das eine Kernströmung 6 und zwischen der Apparatewand des Flugstromreaktors und der Kernströmung 6 eine Zone 7 mit einer im Vergleich zur Kernströmung 6 höheren Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Die feinteiligen Adsorbentien werden in den Bereich der Kernströmung eingebracht. Mit fortschreitender Fließlänge gleichen sich die Strömungsgeschwindigkeiten 6, 7 in der Kernströmung und der die Kernströmung umgebenden Ringströmung an. Mit dem Ausgleich des Geschwindigkeitsprofils ist eine von außen nach innen gerichtete Querströmung 8 verbunden, die in Fig. 1 durch Strömungspfeile angedeutet ist. Die Querströmung 8 unterstützt die Konzentrierung des Feststoffes im Kernbereich der Strömung. Gleichzeitig bewirken die von außen nach innen gerichteten Querströmungen 8, dass auch Gas aus wandnahen Zonen mit dem Feststoff in Kontakt gebracht wird.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Leitapparat 3 als Kanal ausgebildet, der innerhalb des Behälters 1 an beiden Stirnseiten offen und von einem Teilstrom des zu reinigenden Gases durchströmt ist. Die Masse des in den Leitapparat 3 eingebrachten Feststoffes bremst den Gasstrom durch den Leitapparat 3, wodurch sich das in Fig. 1 dargestellte Strömungsprofil einstellt. Die Anordnung eignet sich insbesondere für große Feststoffmassenströme .
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an den Leitapparat 3 eine Gasleitung 9 für Trägergas angeschlossen, dessen Mengenstrom unabhängig von dem Gasstrom 2 des zu reinigenden Gases regelbar ist. Als Trägergas kann auch das zu reinigende Gas eingesetzt werden. Durch Regelung des Trägergasstromes kann das Strömungsprofil inner- halb des Flugstromreaktors variiert und in geeigneter Weise eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Gasreinigung mit feinteiligen Adsorbentien in einem Flugstromreaktor, der von dem zu reinigenden Gas turbulent durchströmt wird,
wobei in der Gasstromung ein Geschwmdigkeitsprofll erzeugt wird, das eine Kernstromung und zwischen der Apparatewand des Flugstromreaktors und der Kernstro- mung eine Zone mit einer im Vergleich zur Kernstromung höheren Stromungsgeschwindigkeit aufweist, und
wobei die feinteiligen Adsorbentien in den Bereich der Kernstromung eingebracht werden.
2. Flugstromreaktor zur Gasreinigung mit
einem Behalcer (1), der von einem zu reinigenden Gas durchströmt ist,
einem in der Gasstromung mit Abstand zur Behalterwand angeordneten Leitapparat (3) und
mindestens einer an den Leitapparat (3) ange- schlossenen Zufuhreinrichtung (4) für staubformige Adsorbentien,
wobei der Leitapparat (3) von Gas durchströmt ist, das m Stromungsrichtung des den Behalter (1) durchströmenden Gases (2) mit einer zu der an der Außenseite des Leitapparates (3) vorbeistromenden HauptStrömung geringeren Stromungsgeschwindigkeit aus dem Leitapparat (3) austritt und die in den Innenraum des Leitapparates (3) eingebrachten Adsorbentien mitführt.
3. Flugstromreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- net, dass der Leitapparat (3) als Kanal ausgebildet ist, der innerhalb des Behälters (1) an beiden Stirnseiten offen und von einem Teilstrom des zu reinigenden Gases durchströmt ist.
4. Flugstromreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leitapparat (3) eine Gasleitung (9) für Trägergas angeschlossen ist, dessen Mengenstrom unabhängig von dem Gasstrom des zu reinigenden Gases regelbar ist.
5. Flugstromreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zuführeinrichtungen (4) für Adsorbentien vorgesehen sind, die sternförmig an mantelseitige Öffnungen des Leitapparates (3) anschließen.
6. Flugstromreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtungen (4) als Rutschen, Schwingrinnen, Transportbänder oder Schneckenförderer ausgebildet ist.
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