DD141298A1 - Verfahren zur verbesserung des abscheidegrades bei der absorption sif tief 4-haltiger abgase - Google Patents

Abstract

Der Abscheidegrad SiF^-haltiger Abgase bei der Absorption in wäßriger Hexafluorokieselsäure in einer Schlitzbodenkolonne nach DD-PS 67 408 läßt sich erheblich verbessern, wenn die Verteilung der Umlaufsäure im oberen Teil der Schlitzbodenkolonne unterhalb des Bereiches der Gaseinschnürung erfolgt, wobei ein Mitreißen von Säuretröpfchen in das Abgas weitgehend verhindert wird und die zur Aufrechterhaltung der Hexafluorokieselsäurekonzentration benötigte Frischwassermenge in der'Abgasleitung versprüht und zusammen mit den Resttröpfchen mit Hilfe eines Naßzyklons abgeschieden und der-Umlaufsäure zugeführt wird.

Description

Anwendungsj^bieJ^Jler Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Abscheidegrades bei der Absorption SiF^-haltiger Abgase. Bei der Herstellung von Phosphatdüngemitteln durch schwefelsauren Aufschluß von Rohphosphaten (Fluorapatiten) fallen große Mengen an SiF^-haltigen Abgasen an, die wegen ihrer toxischen Eigenschaften aus lufthygienischen Gründen möglichst vollständig vom Fluoranteil befreit werden müssen. Andererseits stellt das in den Abgasen enthalten© Fluor einen wertvollen Rohstoff für die Gewinnung von Hexafluorkieselsäure, einem wichtigen Ausgangsstoff für die Herstellung technisch wertvoller Fluorverbindungen dar«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach DD-PS 67 4-08 ist es bekannt, siliziumtetrafluoridhaltige Abgase aus der Phosphatdüngemittelindustrie in wäßriger Hexafluorokieselsäurelösung in Schlitzbodenkolonnen zu absorbieren, wobei der Absorptionsvorgang in Sprudelschichten über Schlitzböden mit ungewöhnlich hohen freien Flächen unter gleichzeitigem Umpumpen großer Mengen an Absorptions lösung erfolgt,'

Bei der industriellen Durchführung dieses Verfahrens hat sich gezeigt, daß der kontinuierliche Absorptionsprozeß für die in den Abgasen enthaltenen Fluorverbindungen zwar störungsfrei ohne Anbackungen von Kieselsäure auf den Schlitzboden durchgeführt werden kann, der F-Gehalt der so gereinigten Abgase mit einem Gehalt von 70 - 100 mg SiF₁Jm

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noch relativ hoch ist. Solche Fluorwerte entsprechen nicht mehr den zunehmend strengeren Anforderungen des Umweltschutzes an die Phosphatdüngemittelindustrie. Nach Empfehlungen der UN-Organisation für industrielle Entwicklung UNIDO soll der Gehalt derartiger Abgase an Fluor den Wert von max. 15 mg/m nicht überschritten werden. Der ^achteil der Absorptionsweise nach DD-PS 67 408 liegt darin, daß selbst bei einer optimalen Prozeßführung der Bestgehalt der Abgase an Fluor nicht geringer sein kann, als der Dampfdruck der als Umlaufsäure verwendeten Hexafluorokieselsäurelösung dies zuläßt. Deshalb wurde bereits vorgeschlagen, den Absorptionsprozeß in mehreren hintereinander geschalteten Absorptionskolonnen durchzuführen, wobei zur Senkung des Dampfdruckes eine Kühlung der Abgase erfolgen soll (DD-PS 88 078). Dabei erfolgt in den nachgeschalteten Kolonnen eine Nachabsorption von Siliziumtetrafluorid, welches auf Grund des hohen Dampfdruckes in der vorhergehenden Kolonne nicht absorbiert wurde. Die nachgeschalteten Absorber werden dabei· wiederum im Umlauf mit einer hexafluorokieselsäurehaltigen Absorptionssuspension beaufschlagt, deren Konzentration an HpSiF/- sich aus der Durchbruchskonzentration der vorhergehenden Stufe ergibt. Der in der letzten Kolonne eines derartigen Systems durch Zugabe von V/asser in die Pumpenvorlage erzeugte Überlauf an Hexafluorokieselsäurelösung wird jeweils über die Pumpenvorlagen den vorhergehenden Absorptionsstufen zugeführt, so daß zwischen den einzelnen Absorptionstürmen eine Anreicherung der Hexafluorokieselsäurelösungen an HpSiFg erfolgt. Die Anzahl der Türme, die für eine praktisch vollständige Absorption der SiF^-haltigen Abgase notwendig sind, ergibt sich aus der gewünschten Hexafluorokieselsäurekonzentration im obersten Turm und dem Konzentrationsgradienten zum jeweils nachfolgenden Turm. In der Praxis hängt dieser Gradient zwischen den sich in den einzelnen Türmen einstellenden Hexafluorokieselsäurekenzentrationen nicht nur von thermodynamisch bedingten Durchbruchskonzentration an SiF^ ab, sondern wird darüber hinaus .wesentlich auch durch das Mitreißen von Säuretröpfchen von einem Absorptionsturm in den anderen bestimmt, so daß-die Effektivität eines solchen Systems durch einen unerwünschten Konzentrationsausgleich zwischen den einzelnen separaten Kreisläufen verringert wird. Um diesen Konzentrationsausgleich zwischen mehreren hintereinander geschalteten Absorptionstürmen bei dsr Absorption SiFv-haltiger Abgase zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen _t bei diesem Prozeß

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zwei Absorptionsstufen in eine Kolonne zu verlegen, wobei jede der beiden Absorptionslösungen mit einer Umlaufsuspension berieselt wird. Dabei wird ein Mitreißen von. Tröpfchen von einem Kolonnenteil in den anderen durch ein System abgedeckter Berieselungspfeifen weitgehend verhindert (DD-PS 128 694-)_β Unter diesen Bedingungen ist jedoch der Aufbau sehr hoher Kolonnen mit mehr als-8 Kolonnenboden.notwendig, um dis SiF.-halti-en Abgase

auf einen maximalen· F-Gehalt von 15 og'/ra , wie er von der UNIßO als oberer Richtwert gefordert wird, zu reinigen.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in einem einstufigen Absorptionsverfahren unter Verwendung einer Schlitzbodenkolonne nach DD-PS 6? 4o8 den Abscheidegrad des SiFr unter gleichzeitiger.Gewinnung einer technisch verwertbaren Hexafluorkieselsäure auf einen Wert von max. 15 mg F/m zu verbessern,

Darlegung des _i Wesens der Erfindung

Diese technische Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Unterdrückung des Hitreißens von Tröpfchen aus den oberen Sprudelschichten in die Abgasleitung die Verteilung der Umlaufsäure unterhalb des Bereiches der Gaseinschnürung erfolgt und die zur Einhaltung der Hexafluorokieselsäurekonzentration benötigte Menge an Verdünnungswasser nicht vie in der Patentbeschreibung der DD-PS 6? 4-08 angegeben in den Turmsumpf eingespeist wird, sondern in der Abgasleitung vor einem nachgeschaltetan Maßzyklon, der zur Beseitigung der letzten Reste an mitgerissenen Tröpfchen dient, versprüht und mit den Resttröpfchen zusammen im Kaßzyklon abgeschieden und der Umlaufsäure zugeführt wird. Die erfindungsgeraäße Verteilung.der Umlaufsäure unterhalb des Bereiches.der Gaseinschnürung steht dabei im Gegensatz zu' der Anordnung der Säureverteilung, wie sie der Patentbeschreibung (Figur) der DD-PS 67 4-08 zu entnehmen ist, nicht unmittelbar unterhalb der Abgasleitung, sondern unterhalb des Bereiches der Gaseinschnürung, dessen Kindestentfernung h vom Gasaustritt durch folgende Beziehung gegeben ist.

h ^

2 tan

-♦- 210 72.7

Dabei ist h = Mindestentfernung vom Gasaustritt bis zum Säureverteilungsboden

D_v = Durchmesser der Absorptionskolonne D_T = Durchmesser der Abgasleitung ^a Ablösewinkel der Säuretröpfchen

Der Ablösewinkel oList wiederum abhängig von der Gasgeschwindigkeit im Turm und wurde für verschiedene Gasgeschwindigkeiten experimentell bestimmt," Hierbei ergibt sich zwischen der Gasgeschwindigkeit im Turm und dem Ablösewinkel für die Tröpfchen folgender Zusammenhang,"

3	m/s	OU =	25°	tan ei/	= 0,465
2	»5 n/s	(λ/ =	30°	tancC·	= 0,576
1	i5 m/s	(L-	45°	tan O^	a 1,000

Diese erfindungsgemäße Beziehung zur Kennzeichnung des Bereiches-der Gaseinschnürung ist dabei für die Bereiche des Verhältnisses von Kolonnenquerschnitt zum Querschnitt der Abgasleitung von 4:1 bis 6 : 1 gültig.

In der Figur 1 ist der Bereich der G_aseinschnürung, in dem die unerwünschte Tröpfchenablösung erfolgt, sowie der Ablösewinkel der Tropf-. chen dargestellt.

Unter den erfindungsgemäßen Bedingungen der Anordnung der Flüssigkeitsverteilung unterhalb der Höhe h, die den Bereich der Gaseinschnürung kennzeichnet, beträgt der mitgerissene Tröpfchenanteil weniger als 1 % der Umlaufsäure, während bei der Anordnung der Flüssigkeitsverteilung innerhalb des Gaseinschnürungsbereiches, wie dies z, B, bei dem in der DD-PS 6? 408 dargestellten Absorber der Fall ist, bis zu 10 % der Tröpfchen in die Abgasleitung mitgerissen werden. Bei einer zweistufigen Verfahrensweise führt dieses unerwünschte Tröpfchenmitreißen dann zu einem weitgehenden Konzentrationsausgleich zwischen den hintereinander geschalteten Absorptionskolonnen upd damit zu einer wesentlichen Verringerung des Abscheidegrades, Erfindungsgemäß wird der von der UIiIDO postulierte maximale Gehalt F-haltiger Abgase der Düngemittelindustrie unter gleichzeitiger Gewinnung einer technisch

verwertbaren liexafluorokieselsäure bereits bei einstufiger Verfahrensweise erreicht, wenn man die Säureverteilung erfindungsgemäß unterhalb der Gaseinschnürung vornimmt und die so mögliche Mini— mierung des Tropfchenaustrages mit einer Versprühung des Prozeßwassers in der Abgasleitung koppelt, anschliei3end die Abscheidung der Sesttröpfchen mit dem versprühten Prozeßwasser in einem der Absorption nachgeschalteten Naßzyklon vornimmt und die abgeschiedene Flüssigkeit der Umlaufsäure zuführt. Auf diese V/eise ist es möglich, in einer einstufigen Schlitzbodenkolonne nach DD-PS 6? 408 ein SiF^-haltiges Abgas aus der Super-

3 phosphatherstellung auf einen Restf-luorgehalt unter 10 mg/m zu reinigen und gleichzeitig eine technische Hexafluorokieselsäure mit einem H_?SiF,--G ehalt von mindestens 10 % zu gewinnen.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert v/erden.

Ausführungsbeispiel

10 000 m /hSiFr-halti-ges Abgas aus der Superphosphatproduktion

3

mit einem Gehalt von -10 g F/m treten bei 1 in die als Absorptionsvorrichtung dienende Schlitzbodenkolenne A ein und werden nacheinander durch 4 Schlitzboden (nach DD-PS 67 4-08) geleitet und treten durch den Gasaustritt 2 aus, dessen Querschnitt sich zum Querschnitt der Kolonne wie 1 : 5 verhält. Hexafluorokieselsäure mit einer Konzentration von 10 % H₉SiF,- gelangt aus dem Turmsumpf C

3 ^o in einer Menge von 50 m /h mittels Kreiselpumpe D bei 3 iⁿ clen oberen Kolonnenteil und fließt über die Verteilerplatte Ξ nacheinander über die Schlitzboden ab. Die Säureverteilerplstte Ξ befindet sich unterhalb des Bereiches der Gaseinschnürung. Diese Gaseinschnürung beginnt in einer Höhe von 0,6 m unterhalb des Ausaustrittes entsprechend einem Ablösewinkel der Säuretropfchen von 30 . Die behandelten Gase treten bei 2 aus der Schlitzbodenkolonne aus und •gelangen über die Abgasleitung F in den Naßzyklon G und von dort in den Abgaskamin. Das zur Aufrechterhaltung der HpSiFj.—Konzentration in der Umlaufsäure benötigte Frischwasser in einer Menge von 1,3 m /h wird bei 4- in die Abgasleitung geleitet, versprüht und zusammen mit den mitgerissenen Resttröpfchen aus dem Absorber abgeschieden sowie über die Abflußleitung K in den Turmsumpf C

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zurückgeführt. Die aus dem Naßabscheider G austretenden Gase besitzen einen F-Gehalt von 7 mg/m » Über den Überlauf I fließt kontinuierlich eine 10 %ige Hexafluorokieselsäurelösung als Produktionssäure ab.

Claims (1)

1. ·*· 21 O 727

   Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Verbesserung'des Abscheidegrades bei der Absorption SiF.-haitiger Abgase in einer stabilen Sprudelschicht aus wäßriger Hexaflnorokieseisäure in einer Vorrichtung, be_ stehend aus einer Schlitzbodenkolonne und einem nac.hgeschalteten Faßzyklon, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Hexafluorokieselsäurelösung im oberen Teil der Schiitsbodenkolonne unterhalb des Bereiches der Gaseinschnürung erfolgt und die zur Aufrechterhaltung der Hexafluorkieselsäurekonzentration benötigte Menge an Verdünnungswasser in der Abgasleitung versprüht, zusammen mit etwa mitgerissenen Hexafluorokieseisäuretröpfchen in einem nachgeschalteten Naßzyklon abgeschieden und der Absorptionssäure zugeführt wird.

   Hierzu 4 Seit© .