DE2410700A1

DE2410700A1 - Verfahren zur abscheidung von feststoffen aus einem gasstrom und dafuer geeignete vorrichtung

Info

Publication number: DE2410700A1
Application number: DE2410700A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Fuhr; Klemens Dipl Ing Jaschinski
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1974-03-06
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1975-09-11
Also published as: FI750617A; BR7501305A; PL93532B1; IE40736L; DD118236A5; FR2263036A1; IN140272B; BE826239A; ES435309A1; AU7875175A; GB1500117A; IT1029932B; NO750539L; IE40736B1; NL7502484A; JPS50121867A; AR209764A1

Description

Bayer Aktiengesellschaft 2410700

Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen

Br-her 509 Leverkusen. Bayerwerk

5. März 1974

Verfahren zur Abscheidung von Peststoffen aus einem Gasstrom und dafür geeignete Vorrichtung

Der Einsatz von Zyklonen mit dichten Wänden zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom ist allgemein bekannt. Diese Zyklone haben eine tangentiale Zufuhr des Rohgases, einen zentralen Austritt für das gereinigte Gas und einen zentralen Austrag für die abgeschiedenen Peststoffe. Ferner haben diese Zyklone dichte Wände aus metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen. Je nach Temperatur des Gases und je nach Werkstoff können die Wände des Zyklons auch mit einer Kühlung versehen sein.

Es sind viele Untersuchungsergebnisse bekannt, die den Einfluß verschiedener Parameter auf die Abscheidung von Peststoffen in Zyklonen beschreiben. Neben Eigenschaften der Gase und der Feststoffe ist auch die konstruktive Ausführung des Zyklons von wesentlichem Einfluß. Neben den Abmessungen des Zyklons, die hauptsächlich die Strömungsverhältnisse im Zyklon bestimmen, ist unter anderem auch die Ausbildung der dem Gasstrom zugewandten inneren Wände des Zyklons von Einfluß.

Le A.15 457 - 1 -

509837/0489

Eine Anzahl von Feststoffen können in Zyklonen bekannter Bauart nur unbefriedigend oder gar nicht abgeschieden werden. So gibt es beispielsweise Feststoffe,- die stark zum Anhaften an Wänden und/oder zum Anhaften aneinander neigen. Dieses Anhaften, begünstigt durch die Rotation des Gas-Feststoff -Gemisches im Innern des Zyklons, kann Verstopfungen im Innern des Zyklons, im Feststoffaustrag und/ oder im Gasaustritt bewirken. Dadurch wird die Abscheidung verschlechtert oder der Zyklon wird nach kurzer Betriebsweise als Abscheider für derartige Feststoffe völlig unwirksam.

Bei anderen Stoffen ist es erforderlich, die Wände vor Abtrag durch scheuernde Feststoffpartikel zu schützen, um eine Verunreinigung des abgeschiedenen Feststoffs durch das abgetragene Wandmaterial, wie auch um eine Zerstörung der Wände zu verhindern. Ferner kann es erforderlich sein, die Wände vor Korrosion durch ein aggressives Gas zu schützen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Abscheidung von Feststoffen aus einem Gasstrom gefunden, welches dadurch gekennzeichnet 1st, daß in einem zyklonartigen Abscheider die dem Gas-Feststoffstrom zugekehrten Innenflächen zumindest teilweise aus porösem Material bestehend und die porösen Wände so von außen zum Innenraum hin von Gas durchströmt werden, daß sich auf den Innenflächen ein Gasfilm ausbildet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus Gasgemischen bestehend aus einem Zyklon mit einem Gasaustrittßstutzen, sowie einem Zuführungsrohr, wobei der Zyklon und der Gasaustrittsstutzen mit einer gasdichten Außenwand versehen sind und die Innenseite poröse Wände aufweisen

Le A 15 457 - 2 -

509837/0489

und wobei zwischen gasdichter Außenwand und poröser Innenwand Zwischenräume mit Gaszuleitungen angeordnet sind.

Mit Hilfe dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung ist es möglich, Peststoffe, die zu Verstopfungen oder zu Abrieb in Zyklonen führen, aus Gasen abzuscheiden. Zu solchen Feststoffen gehören insbesondere feinteilige Pigmente, wie z.B. TiO₂ aus dem sogenannten Chloridverfahren.

Als Beispiel für die Anwendung wird daher die Abscheidung von Feststoffteilchen, wie sie bei Gasphasenreaktionen zwischen Metall- oder Metalloid-Halogeniden z.B. der Chloride von Titan, Silicium, Zirkon, Eisen, Zink, Chrom oder Aluminium und sauerstoffhaltigen Gasen bei Temperaturen von etwa 800 bis 1500⁰C entstehen, angeführt.

Die Reaktionsgase bestehen im wesentlichen aus Halogenen, z.B. Chlor und einem gewissen Anteil von Inertgasen wie Stickstoff und/oder Kohlenoxide und Sauerstoff.

Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, auch bei Temperaturen über 400°C einen großen Anteil der Feststoffpartikel abzuscheiden, obwohl diese feinen Partikel, die zum Teil als Pigmente eingesetzt werden, häufig unmittelbar nach der Reaktion aus noch nicht völlig geklärter Ursache eine starke Neigung zum Anhaften an Wänden bzw. Kleben haben.

Anhand der Figuren 1 und 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie dafür geeignete Vorrichtungen näher erläutert:

In den Figuren 1 und 2 stellen 1, 2, 3 und 10 Zuführungen bzw. Ableitungen für Gase und/oder Feststoffe dar, 4 und

Le A 15 457 - 3 -

509837/0489

INSPECTED

sind gasdichte Wände, 6 und 7 poröse Wände und 8 und 9 stellen Zwischenräume dar.

Gemäß Figur 1 wird das Peststoffpartikel enthaltende Rohgas über eine Zuführung 1 tangential in den Zyklon geführt. Der abgeschiedene Feststoff wird über den Stutzen 2 ausgetragen. Das von einem Großteil der Feststoffe befreite Gas wird über den Stutzen 3 in nachgeschaltete Abscheider geführt. Der Zyklon hat einen gasdichten Außenmantel 4. Auch der Gasaustritt hat einen gasdichten Außenmantel 5· Auf der Innenseite des Zyklons und des Gasaustritts sind poröse Wände 6 und 7 eingesetzt.

In die Zwischenräume 8 und 9 zwischen gasdichtem Mantel und poröser Wand wird über Zuleitungen 10 jeweils ein Spülgas, wie z.B. Chlor, Stickstoff, Kohlendioxid oder Rückgas aus der Reaktion zugeführt. Die porösen Wände sind durch Verfahren wie Kleben, Kitten, Schweißen, Löten oder Schrauben mit dem gasdichten Mantel verbunden. Diese Verbindungsstellen sollen im wesentlichen gasdicht sein, wobei eine geringe Gasdurchlässigkeit nicht störend zu sein braucht.

Das über die Zuleitungen 10 zugeführte Spülgas wird durch die porösen Wände in das Innere des Zyklons gepreßt. Es bildet sich dadurch jeweils auf der Innenseite der porösen Wand ein Gasfilm aus, Dieser Gasfilm bewirkt, daß bei genügender Bespülung der Wände mit Gas die rotierenden Feststoff partikel nicht an die Wände gelangen oder daß das Ansetzen von Feststoffen an den bespülten Wänden verhindert wird.

In Figur 2 ist eine weitere mögliche Ausführung eines Zyklons mit porösen Wänden dargestellt. Dieser Zyklon ist im unteren Teil nochmals unterteilt. Es ist somit möglich, die porösen

Le A 15 457 -^-

509837/0489

24107

Wände durch geeignete Unterteilungen den verschiedenen, bereits bewährten Ausführungen und inneren Abmessungen normaler Zyklone anzupassen. Die porösen Wände können aus beliebigem Material hergestellt werden. Mitbestimmend für die Auswahl des Materials für die porösen Wände sind Probleme der Festigkeit und der Korrosion. Es können metallische oder auch nichtmetallische Werkstoffe, z.B. keramische Werkstoffe oder Kohle bzw. Graphit eingesetzt werden, Die Porosität der eingesetzten Wände kann durch Sintern erzeugt werden; ferner ist es möglich, poröse Wände durch Verfahren wir Stanzen oder Bohren oder durch elektrolytische Verfahren zu erzeugen. Auch der Einsatz von Sieben oder Geweben ist möglieh. Das durch die porösen Wände durchgepreßte Gas ist abhängig vom jeweiligen Verfahren. Es ist zweckmäßig, das Gas so auszuwählen, daß es sich gegenüber dem Feststoffe enthaltenden Gas, gegenüber den Feststoffen und gegenüber den Werkstoffen im Zyklon und in nachgeschalteten Apparaten wie ein Inertgas verhält. Bei einigen Verfahren ist es vorteilhaft, gereinigte und gekühlte Rückgase aus der jeweiligen Reaktion einzusetzen.

Es ist zweckmäßig, die durch die porösen Wände strömende Spülgasmenge auf die poröse Fläche zu beziehen. Der so ermittelte Wert wird im Sinne der vorliegenden Erfindung spezifische Beaufschlagung genannt und hat die Dimension

2 '

Liter Gas pro Stunde pro cm poröse Wandfläche. Die spezifische Beaufschlagung ist weitgehend von den Dimensionen des Zyklons, von der Gasmenge und von der Größe und der Dichte der Feststoffpartikel abhängig. Ist die spezifische Beaufschlagung zu gering, dann reicht der Gasfilm an der Wand nicht aus, um Ansatzbildung und/oder Materialabtrag zu verhindern. Ist die spezifische Beaufschlagung zu hoch, werden Feststoffpartikel wieder in den Gasstrom zurückgetragen, so daß die Abscheideleistung vermindert wird. Es

Le A 15 457 - 5 -

509837/0489

ist zweckmäßig, die Spülgasmenge so einzustellen, daß die spezifische Beaufschlagung einem Wert im Bereich zwischen 1 bis 200, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 bis 100 Liter

pro Stunde pro cm poröse Wandfläche entspricht.

Bei einigen Verfahren ist es vorteilhaft, die Abscheidung von Peststoffen in mehreren Zyklonen mit porösen Wänden durchzuführen.

Ferner tritt bei einigen Feststoffen eine bezüglich Abscheidung vorteilhafte Veränderung der Feststoffe auf. Durch die Turbulenz und das mögliche Zusammentreffen von Partikeln können aktive, zum Anhaften neigende Partikel-Oberflächen weitgehend inaktiv werden und/oder feinteilige Partikel können größere Agglomerate bilden, so daß die Abscheidung in normalen, nachgeschalteten Zyklonen oder anderen Abscheidern keine Schwierigkeiten mehr bereitet.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß durch Zugabe geringer Mengen Wasser - etwa 0,05 bis etwa 3 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffanteil, speziell in dampfförmigem Aggregatzustand in das Rohgas vor der Zufuhr in den Zyklon oder durch Zugabe von Wasser direkt in den Zyklon in Nähe der Längsachse des Zyklons eine Erhöhung der Agglomeration und damit eine Verbesserung der Abscheidung erzielt werden kann.

Die besonderen Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens und der dafür geeigneten Vorrichtung sind:

a) Durch das Verhindern von Ansätzen ist eine störungsfreie, kontinuierliche Abscheidung schwieriger, zum Anhaften neigender Feststoffe im Dauerbetrieb möglich.

b) Es ist eine Abscheidung auch bei hohen Temperaturen möglich.

Le A 15 457 - 6 -

509837/0489

c) Da eine Abtragung der Wände verhindert wird, ist eine Abscheidung von Feststoffen, für die Verunreinigung durch Abtrag des Wandmaterials unerwünscht sind, möglich.

d) Die porösen Wände können weitgehend bewährten Bauarten von Zyklonen angepaßt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nunmehr anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert werden:

Le A 15 457 _ ₇

509837/0489

Beispiel 1:

Es wurden 60 l/h flüssiges Titantetrachlorid (TiCIh) verdampft, überhitzt und mit einer Temperatur von 450 C in einen Reaktor eingeführt. Gleichzeitig wurde ein in einem Lichtbogen auf ca. l800°C erhitztes Gasgemisch aus Sauerstoff und Stickstoff senkrecht zum TiCl^-Strom in die Reaktionszone des Reaktors zugeführt. Entsprechend der Gleichung

TiCl^ + O₂ —» TiO₂ + 2 Cl₂

bildete sich Titandioxid (TiO₂) und Chlor (Cl₂). Durch Zugabe von Stickstoff und Chlor und durch indirekten Wärmeaustausch wurde das TiO₂-haltige Gas in einen Abscheider entsprechend Figur 2 geführt. Die Wände dieses Abscheiders bestanden auf der dem heißen Gasstrom zugewandten Seite aus porösem Graphit. Das Gas-Feststoff-Gemisch hatte eine Temperatur am Eingang von 4^5°C. Die Außenwände des Zyklons waren mit einer Wasserkühlung versehen. Die gasundurchlässigen Wände bestanden aus,nichtrostendem Stahl.

Das Eintrittsgas hatte eine Feststoffbeladung von ca. 90 g TiO₂ je tc? Gas - bezogen auf eine Temperatur von 435°C. Die porösen Wände wurden mit einer Stickstoffmenge von 10 Liter

ρ
pro Stunde pro cm Oberfläche bespült. Als Bezugsfläche wurde die Innenfläche des Zyklons (5500 cm ), die mit porösen Wänden ausgestattet war, zugrunde gelegt. Die Versuchtdauer betrug 6 Stunden. Während der Versuchszeit wurde 6l % des erzeugten TiO₂ im Zyklon abgeschieden. Nach dem Versuch wurde der Zyklon geöffnet. Der Zyklon war an keiner Stelle verstopft.

Le A 15 457 - 8 -

509837/0 4 89

-4·

Das Produkt hatte eine ausgezeichnete Qualität. Es wurde weder im abgeschiedenen Titandioxid noch an den Wänden aus Graphit ein Abtrag festgestellt. Der Zyklon wurde in weiteren 25 Versuchen bei einer gesamten Versuchszeit von über 200 Stunden eingesetzt, ohne daß Veränderungen im Produkt oder an den Wänden festgestellt wurden.

Beispiel 2:

Es wurden die gleiche Versuchsanordnung und die gleiche Versuchsdurchführung wie in Beispiel 1 gewählt. Das Gas-Feststoff -Gemisch wurde somit unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 in die Abscheidung geführt. Der Zyklon mit den porösen Wänden wurde durch einen wassergekühlten Zyklon ohne poröse Wände ersetzt. Dieser Zyklon, dessen Wände aus Aluminium bestanden, hatte im wesentlichen die gleichen inneren Abmessungen wie der Zyklon in Beispiel 1.

Nach einer Versuchsdauer von ca. J>0 Minuten war der Produktaustrag aus dem Zyklon völlig verstopft, so daß eine Abscheidung von Feststoffen nicht mehr möglich war.

Beispiel }:

Es wurden die gleichen Anordnung und die gleiche Versuchsdurchführung wir in Beispiel 1 gewählt. Nur wurden die Gase nach dem Verlassen des Zyklons mit den porösen, von Gas durchströmten Wänden in den wassergekühlten Zyklon von Beispiel 2 eingeführt. Der Versuch wurde nach 8 Stunden abgebrochen. Im Zyklon mit den porösen Wänden wurden 58 %_t im nachfolgenden Zyklon ohne poröse Wände wurden 23 % des erzeugten TiOp abgeschieden.

Le A 15 457 - 9 -

509837/0489

» 40.

Im nachgeschalteten Zyklon ohne poröse Wände waren keine störenden Ansätze vorhanden.

Beispiel 4:

Es.wurden die gleiche Anordnung und die gleiche Versuchsdurchführung wie in Beispiel 4 gewählt. Nur wurden in den heißen Gasstrom vor Eintritt in den mit porösen Wänden ansgestattenten Zyklon kontinuierlich 0,5 kg/h Wasserdampf zugeführt. Der Versuch wurde nach 8 Stunden abgebrochen. Die in beiden Zyklonen abgeschiedene TiOp-Menge betrug 90,5 % des erzeugten

Le A 15 457 - 10 -

509837/0489

Claims

Patentansprüche:

Ij) Verfahren zur Abscheidung von Peststoffen aus einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Feststoff-Gemisch durch einen zyklonartigen Abscheider geführt wird, bei dem die dem Gas-Peststoffstrom zugekehrten Innenflächen zumindest teilweise aus porösem Material bestehen und die porösen Wände so von außen zum Innenraum, hin von Gas durchströmt werden, daß sich auf den Innenflächen ein Gasfilm ausbildet.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

durch das poröse Material eine Gasmenge zwischen 1 und

2
200 1 pro Stunde pro cm poröse Wandfläche geleitet wird.
3) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Feststoffe Pigmenteigenschaften besitzen.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Feststoffe bei Gasphäsenreaktionen zwischen Metall- oder Metalloid-Halogeniden und sauerstoffhaltigen Gasen entstehen.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die porösen Wände strömende Gas Rückgas aus der Gasphasenreaktion ist.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschiedene Feststoff TiO_p ist.
7) Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus Gasgemischen gemäß einem der Verfahren 1 bis 6, bestehend aus einem Zyklon, einem Gasauetrittsstutzen, einem Zuführungsrohr wobei der Zyklon und der Gasaustrittsstutzen

Le A 15 457 - 11 -

509837/0489

mit einer gasdichten Außenwand versehen sind, die Innenseite poröse Wände ( 6, J) aufweisen und wobei zwischen gasdichter Außenwand und poröser Innenwand Zwischenräume (8,9) mit Gaszuleitungen ( 10) angeordnet sind.

Le A 15 457 - 12 -

509837/0 4 89