DE102006061477B4

DE102006061477B4 - Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Feststoffen aus Suspensionen

Info

Publication number: DE102006061477B4
Application number: DE102006061477.1A
Authority: DE
Inventors: Dieter Hinze; Martin Hieke; Dr. Polier Siegfried
Original assignee: Sued Chemie IP GmbH and Co KG
Current assignee: Clariant International Ltd
Priority date: 2006-12-23
Filing date: 2006-12-23
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2026-12-24
Also published as: DE102006061477A1

Abstract

Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Feststoffen aus Suspensionen mit den Schritten:
a) Bereitstellen einer Suspension;
b) Einleiten der Suspension in Filterkammern einer Filterpresse unter Ausbildung eines Filterkuchens;
c) Einleiten eines Stroms eines Waschmediums in die Filterkammern, sodass der Filterkuchen mit dem Waschmedium gespült wird;
d) Anhalten des Stroms des Waschmediums für mindestens 10 Sekunden;
e) Wiederaufnehmen des Einleitens des Waschmediums in die Filterkammern;
f) Wiederholen der Schritte (d) und (e);
g) Anhalten des Stroms des Waschmediums;
h) Entnehmen des Filterkuchens aus der Filterkammer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Feststoffen aus Suspensionen.
Filterpressen werden für die industrielle Aufarbeitung von Schlämmen oder Suspensionen aus den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Derartige Filterpressen umfassen vertikal angeordnete Filterplatten, deren Hauptflächen jeweils mit einem Filtertuch belegt werden. Die Filterplatten werden jeweils zu einem Filterplattenstapel zusammengefasst, wobei der Stapel je nach Anwendungsgebiet eine unterschiedliche Anzahl von Filterplatten umfasst, beispielsweise 50 Filterplatten. Die Filterplatten weisen auf ihren Hauptflächen jeweils eine Vertiefung auf. Werden die Filterplatten zu einem Filterplattenstapel vereinigt, so bildet sich zwischen benachbarten Filterplatten eine Filterkammer aus, die vom Filtertuch ausgekleidet ist. Der Filterplattenstapel wird durch eine Hydraulik zusammengepresst, so dass während des Filtrationsvorganges die Filterkammern durch den Druck des in die Filterkammer einströmenden Mediums nicht geöffnet werden können. Die aufzuarbeitende Suspension wird in die Filterkammer eingeleitet, wobei die flüssige Phase das Filtertuch durchströmt und aus der Filterkammer herausgeleitet wird, während feste Anteile in der Filterkammer zurückgehalten werden und dort einen Filterkuchen aufbauen. Während der Filtration erhöht sich der Gegendruck, welchen die flüssige Phase überwinden muss, durch Aufbau des Filterkuchens ständig. Übersteigt der Druck einen gewissen Grenzwert, bzw. ist die Filterkammer vollständig vom Filterkuchen ausgefüllt, wird die Einleitung der aufzuarbeitenden Suspension unterbrochen. Bei einer besonderen Ausführungsform derartiger Filterpressen, so genannten Membranfilterpressen, kann der Filterkuchen noch weiter entwässert werden. Dazu ist auf der Hauptfläche der Filterplatte eine Membran vorgesehen. Die Membran kann durch ein geeignetes Medium, im Allgemeinen Druckluft oder Wasser, mit Druck beaufschlagt werden, so dass sie sich von der Hauptfläche der Filterplatte wegwölben kann, wodurch das Volumen der Filterkammer verringert wird. Der Filterkuchen wird dadurch ausgepresst, so dass ein Filterkuchen mit einem höheren Feststoffanteil erhalten wird. Zum Entleeren der Filterkammern werden die Filterplatten auseinander gefahren. Die Filterplatten sind dazu verfahrbar in einem Gestell gelagert. Man unterscheidet prinzipiell zwischen Seitenholmfilterpressen und Brückenholmfilterpressen („Overhead-Presse“). Bei der Seitenholmausführung sind beidseitig des Filterplattenstapels Holme angeordnet, in welchen die Filterplatten verschiebbar gelagert sind. Dies hat den Vorteil, dass bei auseinandergefahrenen Filterplatten der Zwischenraum zwischen benachbarten Platten von der Oberseite der Plattenfilterpresse zugänglich ist. Bei der Brückenholmausführung sind die Filterplatten verfahrbar in einen über den Plattenstapel hinweggeführten Holm eingeklinkt. Werden zur Entleerung der Filterkammern die Filterplatten auseinander gefahren, so ist der Zwischenraum von der Seite her zugänglich.
Beispielsweise wird in der DE 43 07 601 Cl eine Filterpresse mit Überwachungseinrichtung beschrieben. An den Filterplatten der Filterpresse sind schwenkbare Rahmen vorgesehen, welche um eine untere horizontale Achse von einer Betriebsstellung, in der die Rahmen im Wesentlichen an der Hauptfläche der betreffenden Filterplatte anliegen, von dieser weg in eine Entleerungsstellung schwenkbar sind. An den Rahmen sind Filtertücher befestigt, so dass die Filtertücher in der Betriebsstellung an der Filterplatte anliegen und in der Entleerungsstellung von dieser weggeschwenkt werden können. Die schwenkbaren Rahmen sind im Sinne einer Schwenkbewegung zur zugehörigen Filterplatte hin mit einem Drehmoment vorgespannt, das kleiner als das vom Gesamtgewicht des schwenkbaren Rahmens, des zugehörigen Filtertuchs und eines daran haftenden Filterkuchens ausgeübtes Drehmoment ist.
In der DE 103 31 383 A1 wird eine Vorrichtung zum Filtrieren von Fluiden mit einem Eingang für das Unfiltrat und einem Ausgang für das Filtrat und mit einer Mehrzahl an stapelbaren Rahmenteilen, insbesondere in Form von Filtratplatten und von Filterrahmen, wobei der jeweilige Filterrahmen einen Filtratraum zur Aufnahme eines sich bildenden Filterkuchens begrenzt, der auf seiner einen, dem nächsten Rahmenteil im Stapel zugewandten Seite von einem Schichtfilter abgeschlossen ist, beschrieben. Der Filtratraum mit dem aufnehmbaren Filterkuchen ist auf seiner, dem Schichtfilter gegenüberliegenden Seite von einem weiteren Filtermedium begrenzt, durch das ein weiteres Fluid zuführbar ist, das nach Durchströmen des Filterkuchens und des angrenzenden Schichtfilters die Vorrichtung über ihren Ausgang verlässt.
In der JP 2002 186 804 A wird eine Filterpresse beschrieben, die einen Zufuhrkanal zum Zuführen einer Lösung aufweist sowie einen Auslasskanal zum Ausleiten einer Filtratlösung oder Waschlösung. Außerdem wird ein Betriebsverfahren für eine Filterpresse beschrieben, bei dem der Innenraum der Filterpresse vor dem Austausch des Filtermediums vorgewaschen wird, die Innenseite der Filterpresse mit einer zusätzlichen Waschflüssigkeit und anschließender Rückgewinnung der Waschflüssigkeit gewaschen wird, die aus dem Auslasskanal ausgetretene Flüssigkeit der Waschflüssigkeit wiedergewonnen wird und das Innere der Filterpresse nach dem Wiedergewinnen der Waschflüssigkeit getrocknet wird, um das Filtermedium nach der Trocknung in einer weiteren Filterung einsetzen zu können.
In der US 4 317 734 A wird eine Filterpresse beschrieben, die eine feste Endplatte, eine bewegliche Endplatte und dazwischen angeordnete Kompressionsfilterplatten aufweist. Jede Filterplatte umfasst eine Basisplatte mit zwei flexiblen, fluiddichten Platten, die jeweils auf die Vorder- und Rückseite der Basisplatte aufgebracht sind und unebene Filterflächen aufweisen, auf die ein Filtertuch aufgebracht ist, um einen Druckraum zwischen der Basisplatte und jeder der beiden benachbarten Platten und eine Filtrationskammer zwischen benachbarten Filterplatten zu bilden. Die Filterplatte hat einen Zufuhrkanal für Fluide, der mit dem Druckraum in Verbindung steht, einen Filtratauslasskanal, der zu seiner Filteroberfläche offen ist, und einen Zufuhrkanal, der zu der Filtrationskammer hin offen ist. Die Filterplatte ist außerdem mit einem anderen Zufuhrkanal für Fluide versehen, der zu ihrer Filteroberfläche offen ist und einen Bypasskanal hat, der mit dem erstgenannten Zufuhrkanal für Fluide in Verbindung steht. Eine Zufuhrleitung für Fluide und eine Anschlussleitung sind mit Ventilen versehen.
In der EP 0 208 899 A1 wird eine Filterpresse mit Spreizvorrichtung beschrieben. Auch bei dieser Plattenfilterpresse sind an jeder Filterplatte beidseitig zwei jeweils zumindest den oberen Abschnitt der Filterplatte umfangende schwenkbare Rahmen vorgesehen. Zum Entleeren der Filterkammer werden die Rahmen von der Hauptfläche der Filterplatte weggeschwenkt, so dass das Filtertuch in Bezug auf die Hauptebene der Filterplatte geneigt ist. Die Rahmen benachbarter Filterplatten können an ihrer oberen Kante mittels eines Riegels miteinander verbunden werden. Werden die Filterplatten zum Entleeren der Filterkammer auseinander bewegt, bilden die Rahmen daher eine dachförmige Struktur aus.
Filterpressen, wie sie oben beschrieben wurden, werden beispielsweise bei der Synthese von Katalysatoren verwendet, um den festen Katalysator aus bei der Synthese anfallenden Katalysatorsuspensionen abzutrennen.
Bei der Herstellung von Alkoholen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im großindustriellen Maßstab werden häufig Katalysatoren eingesetzt, die im Wesentlichen auf Kupfer und Zink beruhen. Mit solchen Katalysatoren werden kurzkettige Alkohole, wie Methanol und Ethanol, sowie auch längerkettige Alkohole hergestellt, wie Hexanol, Oktanol oder Dekanol. Solche längerkettigen Alkohole werden beispielsweise zu Waschmitteln weiterverarbeitet. Die für die Synthese verwendeten Katalysatoren enthalten meist noch weitere Komponenten, wie beispielsweise Aluminiumoxid, durch welches die Temperaturstabilität des Katalysators verbessert werden kann. Für die Herstellung solcher Katalysatoren wird beispielsweise kollodial gelöstes, disperses Aluminiumhydroxid verwendet. Dieses wird mit einer sauren Kupfer/Zink-Lösung vermischt und das Kupfer bzw. Zink auf das kolloidale Siliziumdioxid ausgefällt. Man erhält eine Suspension, die neben dem Katalysator bzw. einer Katalysatorvorstufe noch größere Mengen an gelösten Salzen enthält. Aus der Suspension kann die Katalysatorvorstufe dann mit Hilfe einer oben beschriebenen Filterpresse abfiltriert werden.
Die US 4 598 061 A beschreibt die Herstellung und Verwendung eines Cu/Zn/Al-Katalysators zur Darstellung von Methanol und Mischungen höherer Alkohole. Zur Verbesserung der Temperaturstabilität enthält der Katalysator neben dem katalytisch aktiven Material Kupfer und Zink auch Aluminiumoxid. Des weiteren enthält der Katalysator zumindest ein Alkalicarbonat oder Alkalioxid zur Beschleunigung der Reaktion. Die Konzentration an Alkalisalz sollte dabei im Bereich von 50-100 ppm liegen. Bei höheren Konzentrationen an Alkalimetallsalzionen sinken anderenfalls die Reaktionsraten und Ausbeute deutlich ab.
Die DE 101 60 486 A1 beschreibt einen Cu/Zn/Al-Katalysators zur Herstellung von Methanol. Der Katalysator weist ein Atomverhältnis Kupfer zu Zink von kleiner als 2,8 auf. Dies erlaubt eine höhere spezifische Aktivität und Selektivität bei Temperaturen unterhalb von 250 °C. Für die Herstellung des Katalysators werden aus einer Lösung von Cu- und Zn-Salzen und eines Teils der Al-Salze mit einer Alkalicarbonat- oder Alkalialuminatlösung die entsprechenden Hydroxocarbonate bzw. Hydroxide ausgefällt. Entweder die Lösung der Cu- und Zn-Salze oder die Alkalicarbonat - oder Alkalialuminatlösung enthält ein Aluminiumhydroxidsol. Der erhaltene Niederschlag wird von der Fällungslösung abgetrennt, wofür bei einer industriellen Herstellung die oben beschriebenen Filterpressen verwendet werden. Der Niederschlag wird gewaschen, getrocknet und calciniert. Für die Überführung in die aktive Form wird die Katalysatorstufe dann noch reduziert.
Die Aktivität des Cu/Zn/Al-Katalysators bei der Methanolsynthese wird stark durch die Konzentration an Alkalimetallsalzionen beeinflusst, die nach der Synthese noch im Katalysator verbleiben. Kleine Alkalimetallsalzkonzentrationen erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit der Methanolbildung signifikant. Bei steigender Konzentration blockieren die Alkalimetallionen aber gleichzeitig die aktiven Zentren des Cu/Zn-Katalysators. Bei steigender Alkalimetallsalzkonzentration wird daher die Reaktionsgeschwindigkeit der Alkoholsynthese oberhalb eines Schwellenwerts deutlich verlangsamt. Während der Herstellung des Katalysators gelangen hohe Alkalimetallsalzkonzentrationen in die Katalysatorvorstufe. Die Cu/Zn/Al-Katalysatorvorstufe muss daher nach dem Abtrennen aus der Synthesemischung noch gewaschen werden. In der Regel ist es jedoch nicht möglich, die Alkalimetallsalzkonzentration im Katalysator mit lediglich einem Waschschritt unter den geforderten Schwellenwert abzusenken. Bei der Herstellung des Katalysators im industriellen Maßstab wird die aus der Synthesemischung abgetrennte Katalysatorvorstufe im Allgemeinen nicht erneut in Wasser aufgeschlämmt und der gereinigte Katalysator dann in einer Filterpresse aus der Suspension abgetrennt. Üblicherweise wird in der Weise vorgegangen, das zunächst die rohe Katalysatorvorstufe in einer Filterpresse aus der bei der Synthese anfallenden Suspension abgetrennt wird. Anschließend wird Waschwasser durch die Filterkammer geleitet, sodass der Filterkuchen mit Waschwasser gespült wird. Die Spüldauer kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass die Alkalimetallkonzentration im Abwasser gemessen wird. Fällt die Alkalimetallkonzentration unter einen bestimmten Schwellenwert, wird der Fluss des Waschwassers gestoppt und die gereinigte Katalysatorvorstufe aus der Filterkammer entnommen.
Während des Spülens werden die wasserlöslichen Anteile des Filterkuchens, beispielsweise Alkalimetallsalze, aus der Filterkammer ausgetragen. Dadurch nimmt das Feststoffvolumen des Filterkuchens ab. Es bilden sich Risse im Filterkuchen, durch welche das Waschwasser leichter fließt als durch kompaktere Bereiche des Filterkuchens. Je weiter der Spülschritt fortschreitet, umso schlechter werden daher die verbleibenden kompakten Bereiche des Filterkuchens gespült. Bei sehr hohen Anteilen an wasserlöslichen Bestandteilen im Filterkuchen kann es daher erforderlich werden, den Spülvorgang zu unterbrechen und den Filterkuchen aus den Filterkammern zu entnehmen. Der noch lösliche Salze enthaltende Filterkuchen muss dann erneut in Wasser oder einem anderen geeigneten Waschmedium aufgeschlämmt und die erhaltene Suspension erneut in die Filterpresse gepumpt werden, um den Spülschritt fortzusetzen.
Es besteht daher das Problem, dass, obwohl im Abwasser nur noch geringe Mengen an Alkalimetallionen nachgewiesen werden können, die Katalysatorvorstufe nach der Entnahme aus der Filterpresse oft noch relativ große Mengen an Alkalimetallverbindungen enthält. Man führt dies darauf zurück, dass der Filterkuchen über sein Volumen hinweg ungleichmäßig vom Waschwasser durchströmt wird und sich im ungünstigsten Fall Bereiche ergeben, die nicht oder nur wenig vom Waschwasser durchspült werden. Um sicher zu sein, dass die Katalysatorvorstufe nur noch höchstens die geforderte maximale Menge an Alkalimetallionen enthält, muss daher auch dann, wenn im Abwasser der Filterpresse kein bzw. nur noch sehr geringe Mengen Alkalimetall mehr nachgewiesen werden können, der Filterkuchen oft noch für längere Zeit mit Frischwasser gespült werden. Dadurch fallen große Mengen an Abwasser an, die entsorgt werden müssen. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn das Abwasser Ionen enthält, die nicht ohne weitere in die Umgebung abgegeben werden können. Beispielsweise dürfen Abwässer, die Nitrationen enthalten, wegen der Gefahr einer Überdüngung nicht einfach beispielsweise in ein Gewässer eingeleitet werden. Die Nitrationen müssen zuvor durch biologische oder physikalische Verfahren aus dem Abwasser entfernt werden. Als weiterer Nachteil ergibt sich, dass sich durch die langen Spülzeiten die Produktionszeit für den Katalysator verlängert, die Abtrennung und Reinigung der Katalysatorvorstufe also eine Art Flaschenhals bei der Herstellung des Katalysators bildet.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren unter Verwendung einer Filterpresse bereitzustellen mit welchem die Konzentration von wasserlöslichen Salzen im Filterkuchen effizient mit einer im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Abwassermenge zuverlässig bis auf eine geringe, vorzugsweise zu vernachlässigende Restkonzentration abgesenkt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren unter Verwendung einer Filterpresse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Filterpresse unterscheidet sich von den bisher bekannten Filterpressen dadurch, dass die Flüssigkeitszufuhr zu den Filterkammern bzw. die Flüssigkeitsableitung aus den Filterkammern über eine Steuerungsvorrichtung intervallartig reguliert wird. Beim Betrieb der Filterpresse kann daher der Strom eines Waschmediums, welches durch einen in der Filterkammer angeordneten Filterkuchen strömt an- und ausgeschaltet werden. Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung der Filterpresse wesentlich geringere Mengen an Waschwasser benötigt werden und innerhalb kürzerer Spülzeiten die Konzentration an im Filterkuchen verbleibenden wasserlöslichen Ionen zuverlässig unter einen vorgegebenen Schwellenwert gedrückt werden kann.
In der nachfolgenden Beschreibung wird unter einer Flüssigkeit sowohl eine Suspension eines Feststoffs in einer Flüssigkeit als auch eine reine Flüssigkeit, beispielsweise Waschwasser, verstanden.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Filterpresse umfasst mehrere in Form eines Filterplattenstapels nebeneinander angeordnete, vertikal ausgerichtete, zwischen einer Betriebsstellung und einer Entleerungsstellung horizontal verschiebbare Filterplatten, welche in der Betriebsstellung zwischen Hauptflächen benachbarter Filterplatten eine Filterkammer ausbilden. Zumindest ein Teil der Filterplatten weist eine Flüssigkeitszu- und/oder - ableitung auf. Erfindungsgemäß umfasst die in dem Verfahren verwendete Filterpresse eine Steuerungsvorrichtung, durch welche eine Strömung in der Flüssigkeitszu- und/oder -ableitung intervallartig ansteuerbar ist.
In konventionellen Filterpressen werden die aufzutrennende Suspension und das Waschwasser nacheinander durch eine Zuleitung kontinuierlich in die Filterkammer geleitet. Wird eine Suspension eingeleitet, baut sich zunächst ein Filterkuchen auf. Soll nun eine wasserlösliche Verunreinigung, beispielsweise ein Alkalimetallsalz, durch Spülen mit Waschwasser aus dem Filterkuchen entfernt werden, so ist die Strömungsgeschwindigkeit des Waschwassers an verschiedenen Stellen der Filterkammer in Abhängigkeit von der Entfernung zur Einströmungsöffnung und lokalen Inhomogenitäten des Filterkuchens unterschiedlich. Beim Spülen gelangt daher nicht an alle Stellen des Filterkuchens die gleiche Menge an Waschwasser. Vielmehr existieren in der Filterkammer Bereiche, beispielsweise in den Ecken der Filterkammer, an die nur geringe Mengen an Waschwasser gelangen und in denen auch bei langen Spülzeiten daher relativ hohe Salzkonzentrationen verbleiben.
Die Steuerungsvorrichtung ermöglicht es, den Strom des Waschwassers intervallartig auszuführen, also beispielsweise den Waschwasserstrom nach einer vorgegebenen Strömungsperiode t₁ für eine vorgegebene Ruheperiode t₂ anzuhalten oder die Strömungsgeschwindigkeit pulsweise zu verändern. Nachdem beispielsweise ein erstes Volumen an Waschwasser in die Filterkammer eingeströmt ist, wird der Strom des Waschwassers angehalten. Die Erfinder nehmen an, dass sich während dieser strömungslosen Zeit die wasserlöslichen Ionen, insbesondere Alkalimetallionen, zunächst im Waschwasser lösen. Da der Lösevorgang im strömungslosen Zustand erfolgt, lösen sich die störenden Ionen an allen Orten des Filterkuchens im Wesentlichen gleich gut. Anschließend können die Ionen von Orten hoher Konzentration zu Orten mit niedriger Ionenkonzentration diffundieren. Dadurch löst sich insgesamt eine größere Menge an Salzen im in der Filterkammer enthaltenen Waschwasser. Wird nun erneut frisches Waschwasser in die Filterkammer geleitet, wird die Salzlösung aus der Filterkammer verdrängt und durch salzfreies Waschwasser ersetzt. Wird der Waschwasserstrom erneut angehalten, lösen sich in allen Abschnitten des Filterkuchens gleichmäßig wieder die zu entfernenden Ionen im Waschwasser. Der Wechsel von Ein- und Ausschalten der Strömung des Waschwassers durch die Filterkammer wird während des Waschschritts mehrmals wiederholt. Mit der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse können Inhomogenitäten im Filterkuchen bzw. im Strömungsprofil des Waschwassers über das Volumen des Filterkuchens hinweg in hohem Maß ausgeglichen werden, sodass das verwendete Volumen an Waschwasser wesentlich effizienter genutzt werden kann. Bei der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse sind daher geringere Mengen an Waschwasser erforderlich, um beispielsweise die Konzentration an Alkaliionen in einer Katalysatorvorstufe, wie sie bei der Synthese in Form einer Suspension anfällt, zuverlässig bis unterhalb einen vorgegebenen Grenzwert zu erniedrigen.
Der mit der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse erreichbare Effekt, die zuverlässige Entfernung störender Ionen aus einem Feststoff durch einen Spülschritt, bei dem der Strom des Waschwassers intervallartig angehalten wird, kann an sich bereits mit einer Filterpresse erreicht werden, die lediglich eine Filterkammer umfasst. Bevorzugt umfasst die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Filterpresse jedoch mehrere Filterkammern, bevorzugt mehr als 10 Filterkammern, besonders bevorzugt mehr als 30 Filterkammern, insbesondere mehr als 50 Filterkammern. Eine Filterkammer wird von jeweils zwei vertikal aufgehängten Filterplatten gebildet. In den Raum zwischen dem Rahmen der Filterplatte und der jeweiligen Hauptfläche der Filterkammer wird beispielsweise die aus der Synthese eines Katalysators erhaltene Suspension eingeleitet. Dazu ist in einem Abschnitt der Filterplatten zumindest eine Flüssigkeitszu- und/oder - ableitung angeordnet. Über diese kann sowohl die Suspension als auch in einem späteren Spülschritt ein Waschmedium, beispielsweise Waschwasser, eingeleitet werden. Die in der Suspension enthaltenen Feststoffe werden durch eine geeignete Filtervorrichtung in der Filterkammer zurückgehalten. Dazu können an den Filterplatten beispielsweise Filtertücher angebracht sein. Die flüssige Phase kann durch die Filtertücher hindurchtreten und aus der Filterkammer abfließen, während die Feststoffe in der Filterkammer zurückgehalten werden und dort einen Filterkuchen aufbauen. Die Filtertücher können beispielsweise an einem schwenkbaren Rahmen befestigt sein, sodass beim Entleeren der Filterkammer das Filtertuch von der Hauptfläche der betreffenden Filterplatte weggeschwenkt werden kann.
Zum Entleeren der Filterkammern werden benachbarte Filterplatten in horizontaler Richtung auseinander bewegt. Der Filterkuchen kann dann entfernt werden, indem er beispielsweise nach unten von der Filterplatte abfällt. Weist die Filterpresse an schwenkbaren Rahmen befestigte Filtertücher auf, so können die Filtertücher von den Hauptflächen der zugehörigen Filterplatten abgehoben und in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Filterplatten hineingeschwenkt werden. Die im Rahmen eingehängten Filtertücher hängen bauchartig durch, so dass sich der Filterkuchen durch sein Gewicht in der Regel vollständig von den Filtertüchern ablöst.
Die Steuerungsvorrichtung der Filterpresse ermöglicht eine intervallartige Flüssigkeitszu- und -ableitung in die bzw. aus den Filterkammern. Insbesondere ermöglicht es die Steuerungsvorrichtung, den Flüssigkeitsstrom durch die Filterkammer periodisch anzuhalten. Vorteilhaft ist dies vor allem beim Spülen des Filterkuchens. Durch eine intervallartige Spülung wird die Aufnahme löslicher Bestandteile in das Waschmedium über das gesamte Volumen des Filterkuchens hinweg verbessert. Damit wird die vorhandene Menge an Waschmedium optimal genutzt und bei gegebener Menge an Waschmedium der Gehalt an löslichen Salzen im Filterkuchen im Vergleich zu einer Filterpresse ohne Steuerungsvorrichtung, d.h. mit einem kontinuierlichen Waschwasserstrom, deutlich abgesenkt.
Die Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise eine Uhr sein, durch welche ein Ventil in der Zuleitung für das Waschwasser in vorgegebenen zeitlichen Abständen geöffnet bzw. geschlossen wird. Als Steuergerät kann jedoch auch ein Computer verwendet werden, was eine komplexere Steuerung des Waschvorgangs ermöglicht. Beispielsweise kann die Dauer, für welche der Waschwasserstrom angehalten wird, zu Beginn des Waschschritts, wenn im Filterkuchen noch große Mengen an löslichen Salzen enthalten sind, kürzer gewählt werden und zum Ende des Waschschritts, wenn nur noch geringe Mengen an Salzen aus dem Filterkuchen gelöst werden müssen, länger. Ferner können an der Filterpresse geeignete Messinstrumente vorgesehen sein, beispielsweise zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit, des Drucks oder der Leitfähigkeit des Waschmediums, welche Daten an den Computer liefern, um den Waschschritt zu optimieren oder zu automatisieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist jede Filterkammer zumindest eine Entwässerungsöffnung auf. Die Entwässerungsöffnung ist bevorzugt in einer der Filterplatten, die zusammen die Filterkammer bilden, an einer an sich beliebigen Stelle angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse können mehrere Entwässerungsöffnungen pro Filterkammer vorgesehen sein. Werden mehrere Entwässerungsöffnungen pro Filterkammer vorgesehen, ermöglicht dies eine gleichmäßigere Durchströmung des Filterkuchens und damit eine weitere Verbesserung der Reinigungswirkung.
Bevorzugt umfasst die Flüssigkeitszu- oder -ableitung zur bzw. von der Filterkammer ein Ventil, mit welchem der in die Filterkammer eingeleitete Flüssigkeitsstrom angehalten werden kann. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache Steuerung des Stroms des Waschwassers.
Bevorzugt ist eine gemeinsame Zuleitung und/oder eine gemeinsame Ableitung zu bzw. von den Filterkammern vorgesehen, mit welcher die einzelnen Filterkammern zentral mit Suspension bzw. Waschmedium versorgt werden, bzw. die das Abwasser aus den Filterkammern aufnimmt. Bevorzugt ist das Ventil zur Steuerung des Waschwasserstroms in der gemeinsamen Zuleitung vorgesehen, sodass der Waschwasserstrom in allen Filterkammern durch einen Schaltvorgang eines einzelnen Ventils zentral angehalten bzw. wieder aufgenommen werden kann.
Es ist jedoch auch möglich, den Entwässerungsöffnungen der Filterplatten jeweils einzelne Ventile zuzuordnen. Durch diese Maßnahme können die Strömungsverhältnisse in der Filterkammer beeinflusst werden. Das Waschwasser kann durch eine unterschiedliche Schaltung der Ventile auf unterschiedlichen Bahnen durch den Filterkuchen geleitet werden. Da auf diese Weise eine gleichmäßigere Durchströmung des Filterkuchens erreicht werden kann, lässt sich die Waschwassermenge bzw. die Zeit, die für den Spülschritt benötigt wird, weiter verringern.
Zur Anpassung der Strömungsverhältnisse in der Filterkammer können die Ventile gemeinsam oder auch einzeln beispielsweise von einer zentralen Steuerungseinheit angesteuert werden.
Bei der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse ist pro Filterkammer zumindest eine Zuleitungsöffnung vorgesehen. Die zumindest eine Zuleitungsöffnung ist, wie die Entwässerungsöffnung, bevorzugt in zumindest einer der Filterplatten vorgesehen, die gemeinsam eine Filterkammer ausbilden. Die Zuleitungsöffnung kann sowohl für das Zuleiten der Suspension wie auch des Waschmediums, insbesondere Waschwassers dienen. Es ist jedoch auch möglich, getrennte Zuleitungsöffnungen für die Suspension und das Waschwasser vorzusehen. Bevorzugt sind mehrere Zuleitungsöffnungen pro Filterkammer vorgesehen. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Füllung der Filterkammer bzw. eine effizientere Durchströmung des Filterkuchens mit dem Waschwasser.
Die Zuleitungsöffnung kann an sich an einer beliebigen Stelle auf der Hauptfläche einer Filterplatte angeordnet sein. Bevorzugt ist die Zuleitungsöffnung, insbesondere eine Zuleitungsöffnung für die Zuleitung der Suspension, zentral auf der Hauptfläche der Filterplatte angeordnet. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Suspension in der Filterkammer und damit eine homogenere Struktur des Filterkuchens. Beim Spülen kann dann eine gleichmäßige Durchströmung des Filterkuchens mit Waschwasser erreicht werden.
In der Zuleitung für die Suspension und/oder das Waschmedium ist bevorzugt eine Pumpe vorgesehen. Die Steuerung der Strömung kann dann beispielsweise auch in der Weise erfolgen, dass die Pumpe an- bzw. ausgeschaltet wird. Die Pumpe wird dazu mit der Steuerungsvorrichtung verbunden.
Bei der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse sind die Filterplatten bevorzugt in Form eines Filterplattenstapels angeordnet. Jede Filterplatte ist daher zwischen zwei benachbarten Filterkammern angeordnet. Bevorzugt ist zumindest jede zweite Filterplatte als Membranfilterplatte mit einer durch ein Druckmedium mit Druck beaufschlagbaren Membran ausgebildet. Wird die Membran der Filterplatte mit Druck beaufschlagt, wölbt sich diese in die Filterkammer hinein und verringert dadurch deren Volumen. Nach Abschluss des Befüllens der Filterkammer kann der Filterkuchen daher weiter ausgepresst werden, um einen Teil der Mutterlauge bzw. des Waschmediums zu entfernen, so dass ein Filterkuchen mit einem verminderten Feuchtigkeitsgehalt erhalten wird.
Die Filterplatte kann auf nur einer oder bevorzugt auf beiden Hauptflächen mit einer Membran versehen sein. Mit einer einzelnen Filterplatte können dann zwei benachbarte Filterkammern ausgepresst werden.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Filterpresse ermöglicht die Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen und die effiziente Reinigung der abgetrennten Feststoffe. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Feststoffen aus Suspensionen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer Suspension;
b) Einleiten der Suspension in Filterkammern einer Filterpresse unter Ausbildung eines Filterkuchens;
c) Einleiten eines Stroms eines Waschmediums in die Filterkammern, sodass der Filterkuchen mit dem Waschmedium gespült wird;
d) Anhalten des Stroms des Waschmediums für mindestens 10 Sekunden;
e) Wiederaufnehmen des Einleitens des Waschmediums in die Filterkammern;
f) Wiederholen der Schritte (d) und (e);
g) Anhalten des Stroms des Waschmediums;
h) Entnehmen des Filterkuchens aus der Filterkammer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Suspension in Filterkammern einer Filterpresse eingeleitet, sodass sich in den Filterkammern ein Filterkuchen aufbauen kann. Die Feststoffkonzentration der Suspension wird in den üblichen Bereichen gewählt. Beispielsweise sollte die Suspension vorteilhaft noch mit einer Pumpe förderbar sein. Die Förderrate der Suspension hängt von der Dimensionierung der Filterpresse ab und kann vom Fachmann durch entsprechende Vorversuche ermittelt werden.
Nachdem sich ein Filterkuchen in den Filterkammern aufgebaut hat, wird die Einleitung der Suspension beendet. Der Zeitpunkt, zu dem die Einleitung der Suspension in die Filterkammer beendet wird, kann beispielsweise über den Gegendruck bestimmt werden, der in der Filterkammer erzeugt wird. Nach dem Befüllen wird ein Waschmedium durch die Filterkammern geleitet. Als Waschmedium wird bevorzugt Wasser eingesetzt. Die Förderrate des Waschmediums in die Filterkammern hängt wiederum von der Dimensionierung der Filterpresse sowie den zur Verfügung stehenden Geräten, wie beispielsweise Pumpen, und der Packungsdichte des Filterkuchens ab. Die geeignete Flussrate kann vom Fachmann durch entsprechende Vorversuche ermittelt werden.
Nach einer vorgegebenen Zeitspanne wird der Strom des Waschmediums angehalten. Die Zeitspanne wird geeignet so gewählt, dass das Volumen der Filterkammer zumindest einmal durch das Waschmedium ausgetauscht wird. Vorzugsweise wird die Zeitspanne so gewählt, dass das Volumen der Filterkammer mehrmals, bevorzugt zumindest zehn Mal, insbesondere zumindest fünfzig Mal durch das Waschmedium ausgetauscht wird. Die für den Austausch des Waschmediums erforderliche Zeitspanne hängt von der Dimensionierung der Filterkammer ab. Bevorzugt wird die Zeitspanne zwischen 30 Sekunden und 10 Minuten, insbesondere bevorzugt zwischen ein und fünf Minuten gewählt.
Anschließend wird der Strom des Waschmediums durch die Filterkammer angehalten. Die Filterkammer enthält nun zunächst den aus der Suspension abgetrennten Feststoff sowie frisches Waschmedium. Im Waschmedium lösen sich nun lösliche Verunreinigungen aus dem Feststoff heraus. In Abhängigkeit von der örtlichen Konzentration der Verunreinigung und der Dauer, für die das Waschmedium in der Filterkammer verbleibt, können höher konzentrierte Lösungen der Verunreinigungen im Waschmedium entstehen. Die im Waschmedium gelösten Verunreinigungen können während der Zeit, in welcher der Strom des Waschmediums durch die Filterkammer angehalten wird, im Waschmedium diffundieren, sodass sich gelöste Verunreinigungen aus Bereichen mit hoher Konzentration in Bereiche mit niedriger Konzentration bewegen können.
Die Zeitspanne, für welche der Strom des Waschmediums durch die Filterkammer angehalten wird, wird vorzugsweise ausreichend lange gewählt, dass sich die Verunreinigungen in höherer Konzentration im Waschmedium lösen und ggf. in Bereiche niedrigerer Konzentration diffundieren können. Die Zeitspanne wird zu zumindest 10 Sekunden, vorzugsweise zumindest 30 Sekunden, insbesondere bevorzugt zumindest 1 Minute gewählt. Mit steigender Konzentration der Verunreinigung im Waschmedium nimmt die pro Zeiteinheit im Waschmedium gelöste Menge an Verunreinigung ab. Um eine effiziente Reinigung des Filterkuchens zu erreichen ist es daher nicht erforderlich, die Zeitspanne, während der der Strom des Waschmediums angehalten wird, so lange zu wählen, bis eine gesättigte Lösung der Verunreinigung im Waschmedium erhalten wird. Meist ist es vorteilhaft, dass nur bis zu etwa 50 %, vorzugsweise bis zu etwa 40 % der maximal erreichbaren Konzentration der Verunreinigung im Waschmedium gelöst wird. Bevorzugt wird die Zeitspanne, für welche der Strom des Waschmediums angehalten wird, kürzer als 10 Minuten, vorteilhaft kürzer als 5 Minuten gewählt.
Anschließend wird der Zustrom von frischem Waschmedium in die Filterkammer wieder aufgenommen. Dadurch wird das mit Verunreinigungen aus dem Feststoff belastete Waschmedium aus der Filterkammer verdrängt und durch frisches Waschmedium ersetzt.
Anschließend wiederholt sich der oben geschilderte Vorgang. Der Wechsel von Einleiten des Waschmediums in die Filterkammer und Unterbrechen des Stroms des Waschmediums wird zumindest ein Mal wiederholt. Die Anzahl der Wiederholungen ist abhängig von der Löslichkeit der Verunreinigung, der Konzentration der Verunreiigung im Filterkuchen sowie von der geforderten Reinheit des Filterkuchens. Bevorzugt werden die Schritte (d) und (e) zumindest fünfmal, insbesondere bevorzugt zumindest zehn Mal wiederholt. Bevorzugt wird der Vorgang so oft wiederholt, bis der gewünschte Reinigungsgrad beim Feststoff erreicht ist.
Zum Abschluss der Reinigung des Feststoffs wird der Strom des Waschmediums angehalten, die Filterkammer geöffnet und der gereinigte Feststoff aus der Filterkammer entnommen.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vor der Entnahme des Feststoffs aus der Filterkammer ein Teil des noch im Filterkuchen vorhandenen Waschmediums entfernt werden, indem ein Gas, beispielsweise Druckluft oder Stickstoffgas, durch die Filterkammer gepresst wird.
Die Zeitspanne, während welcher der Strom des Waschmediums angehalten wird, kann für aufeinanderfolgende Schritte gleich oder unterschiedlich gewählt werden. Wird die Zeitspanne, für welche der Strom des Waschmediums angehalten wird, konstant gewählt, erleichtert dies vorteilhaft die Regelung des Reinigungsvorgangs. Es ist aber auch möglich, die Zeitspanne, für die der Strom des Waschmediums angehalten wird, variabel zu gestalten. Beispielsweise kann zu Beginn der Reinigung, wenn noch hohe Konzentrationen an Verunreinigungen im Filterkuchen enthalten sind, die Zeitspanne kürzer gewählt werden, während in einem späteren Stadium der Reinigung, wenn nur noch geringe Mengen an Verunreinigungen im Filterkuchen enthalten sind, die Zeitspanne länger gewählt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird im Strom des Waschmediums, welches die Filterkammer verlässt, die Konzentration einer Verunreinigung gemessen. Dies kann bei ionischen Verunreinigungen beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Leitfähigkeit des die Filterkammer verlassenden Waschmediums gemessen wird. In Abhängigkeit von der Konzentration der Verunreinigung im Waschmedium kann dann gesteuert werden, ob die Schritte (d) und (e) erneut wiederholt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zwischen den Schritten (d) und (e) der Filterkuchen ausgepresst. Auf diese Weise wird ein Teil des mit Verunreinigungen belasteten Waschmediums bereits aus dem Filterkuchen entfernt, ehe frisches Waschmedium in die Filterkammer einströmen kann. Dazu kann die Filterpresse beispielsweise mit Membranfilterplatten ausgerüstet sein, die ein Auspressen des Filterkuchens ermöglichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vor dem Entnehmen des Filterkuchens aus der Filterkammer der Filterkuchen ausgepresst. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Membranfilterplatten erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Volumen der Filterkammer während des Waschvorgangs fortwährend verringert werden. Dies kann kontinuierlich oder auch schrittweise erfolgen. Dazu kann die Filterpresse beispielsweise mit Membranfilterplatten ausgestattet sein. Werden diese mit Druck beaufschlagt, wölben sich die Membranen in die Filterkammer hinein und verringern damit deren Volumen. Auf diese Weise kann der Volumenverlust des Filterkuchens aufgefangen werden, den dieser durch den Austrag der Verunreinigung erleidet, sodass Rissbildung im Filterkuchen verhindert werden kann.
Das Waschmedium tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise durch eine Einlassöffnung, die im unteren Abschnitt der Filterkammer angeordnet ist, in die Filterkammer ein, um dann entgegen der Schwerkraft durch den Filterkuchen zu fließen und die Filterkammer durch eine Auslassöffnung, die in einem oberen Abschnitt der Filterkammer angeordnet ist, wieder zu verlassen. Um über nacheinander folgende Schritte (e) eine gleichmäßige Durchströmung des Filterkuchens zu erreichen, ist in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Waschmedium im Filterkuchen eine Strömungsrichtung aufweist und die Strömungsrichtungen in aufeinander folgenden Schritten (e) unterschiedlich gewählt wird. Dazu können beispielsweise zwei Einlassöffnungen vorgesehen sein, beispielsweise im unteren Abschnitt der Filterkammer an gegenüberliegenden äußeren Abschnitten der Hauptflächen einer Filterplatte, und das Waschmedium einmal durch die eine Einlassöffnung und einmal durch die andere Einlassöffnung in die Filterkammer eingeleitet werden. Durch diese Maßnahme werden Bereiche, die vom Waschmedium weniger gut durchströmt werden, weitgehend zurückgedrängt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufarbeitung von Suspensionen eingesetzt, die bei der Herstellung von Cu/Zn(Al)-Katalysatoren anfallen. Derartige Katalysatoren werden, wie in der Einleitung beschrieben, beispielsweise für die Herstellung von Alkoholen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff großtechnisch eingesetzt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Suspension aus der Herstellung von Cu/Zn-Katalysatoren bereitgestellt, indem:

- eine Kupfer/Zinknitratlösung bereitgestellt wird;
- eine Sodalösung bereitgestellt wird;
- eine Natrium/Aluminiumnitratlösung bereitgestellt wird;
- die Lösungen vereinigt werden, wobei die Suspension aus der Herstellung von Cu/Zn-Katalysatoren erhalten wird.

Bei der Herstellung dieser Suspension kann in der Weise verfahren werden, dass zunächst eine Sodalösung hergestellt wird. Dazu wird Na₂CO₃ vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, beispielsweise etwa 50 °C in destilliertes Wasser eingerührt. Zur Herstellung der Kupfer/Zinknitratlösung kann beispielsweise Cu(NO₃)₂ × 3 H₂O in destilliertem Wasser gelöst werden. Zu dieser Lösung kann dann Zinkoxid gegeben werden, das in Salpetersäure dispergiert ist. Das Gemisch wird vorzugsweise so lange gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Diese Lösung ist durch die enthaltene Salpetersäure stark sauer.
Für die Herstellung der Al/Na-Nitratlösung wird NaAlO₂ vorzugsweise bei Raumtemperatur in destilliertes Wasser gegeben. Zu dieser Mischung wird Salpetersäure gegeben, sodass sich der Niederschlag auflöst. Die Al/Na-Nitratlösung kann dann zur Kupfer/Zinknitratlösung gegeben werden. Zum Fällen wird nun die Sodalösung zur wie oben geschildert hergestellten Lösung der Metallionen gegeben. Dazu kann die Sodalösung zur Lösung der Metallionen gegeben werden. Es ist aber auch möglich, die beiden Lösungen gemeinsam in einen Fällbehälter zu pumpen. Das Ausfällen des Cu/Zn/Al-haltigen Feststoffs kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden oder auch bei erhöhter Temperatur. Bevorzugt wird die Fällung bei erhöhter Temperatur durchgeführt, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 90 °C. Der entstandene Niederschlag kann anschließend gealtert werden. Die Dauer der Alterung kann an sich beliebig gewählt werden. Bevorzugt wird die Alterung für eine Dauer im Bereich von 30 bis 120 Minuten gewählt. Die Alterung kann bei Raumtemperatur oder bevorzugt bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Temperatur im Bereich von 50 bis 90 °C gewählt. Insbesondere wird die Alterung bei einer Temperatur durchgeführt, bei der auch die Fällung durchgeführt wurde. Die entstandene Suspension wird dann wie oben beschrieben filtriert und gewaschen.
Besonders bevorzugt wird die Reinigung solange fortgesetzt, bis das aus der Filterkammer abfließende Waschmedium einen Alkaligehalt von weniger als 700 ppm, vorzugsweise weniger als 500 ppm aufweist.
Der nach der Reinigung erhaltene Filterkuchen kann noch getrocknet werden. Bevorzugt wird der Filterkuchen durch Sprühtrocknen getrocknet.
Um Störstoffe zu entfernen kann der getrocknete Feststoff noch calciniert werden. Die Calcinierung wird vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 250 bis 450 °C während einer Dauer von 2 bis 4 Stunden durchgeführt.
Um den Cu/Zn-Katalysator in die aktive Form zu überführen, kann der calcinierte Feststoff noch reduziert werden. Für die abschließende Reduktion kann ein Reduktionsgas verwendet werden, das beispielsweise aus 98 % N₂ und 2 % H₂ besteht. Die Reduktion wird vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 180 bis 250 °C durchgeführt.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Filterpresse wird im Weiteren anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Gleiche Gegenstände sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1: eine schematischen Darstellung einer Seitenansicht der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse;
2: eine Detailansicht einer Filterplatte mit schwenkbarem Rahmen in der Entleerungsstellung;
3: ein Schema der Herstellung eines in der Filterpresse gefilterten und gewaschenen Cu/Zn/(Al)-Katalysators

1 zeigt eine Ausführungsform einer in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filterpresse. Die Konstruktion der Filterpresse gleicht im Wesentlichen dem Aufbau bekannter Filterpressen, wobei jedoch eine zusätzliche Steuereinrichtung vorgesehen ist, mit welcher sich der Strom des Waschwassers steuern lässt. Die Filterpresse umfasst eine bestimmte Anzahl an Filterplatten 1, welche gemeinsam einen Filterplattenstapel ausbilden. Die Filterplatten 1 sind über eine Aufhängung 2 in einem Brückenholm 3 verfahrbar eingehängt. Zur einen Seite des Filterplattenstapels ist ein festes Widerlager 4 angeordnet und zur anderen Seite des Filterplattenstapels ein bewegliches Widerlager 5, welches mittels eines Hydraulikzylinders 6 in horizontaler Richtung verschoben werden kann. Für die Filtration wird der Filterplattenstapel mittels des beweglichen Widerlagers 5 zusammengeschoben, bis dieser am festen Widerlager 4 zur Anlage gelangt. Durch den Hydraulikzylinder 6 wird dabei ein Druck erzeugt, durch welchen die einzelnen Filterplatten 1 des Filterplattenstapels dichtend aneinander zur Anlage gebracht werden. Zwischen benachbarten Filterplatten 1b, c werden jeweils Filterkammern (nicht dargestellt) ausgebildet. Zur Aufarbeitung einer Suspension wird die Suspension zunächst über die Zuleitung 7 in die Filterkammern eingeleitet. Die Zuleitung 7 ist mit einem Dreiwegeventil 8 versehen und in der gezeigten Ausführungsform mit sämtlichen Filterkammern der Filterpresse verbunden. Über das Dreiwegeventil 8 kann in die Zuleitung 7 über Leitung 9 eine Suspension oder über Leitung 10 Waschwasser eingeleitet werden. Das Dreiwegeventil 8 ist über Leitungen 12 mit einem Steuergerät 13 verbunden. Das Dreiwegeventil wird mit Hilfe des Steuergerätes 13 zunächst so geschaltet, dass über Leitung 9 Suspension in die Zuleitung 7 und weiter in die Filterkammern eingeleitet wird. Die feste Phase der Suspension verbleibt in der Filterkammer, während die flüssige Phase über eine Ableitung 11 wieder aus der Filterkammer herausgeleitet wird. Nachdem sich in den Filterkammern ein Filterkuchen aufgebaut hat, wird die Einleitung der Suspension beendet. Dazu wird mit Hilfe des Steuergeräts 13 das Dreiwegeventil 8 geschlossen. In die Filterkammern wird im nächsten Schritt Waschwasser eingeleitet. Dazu wird mit Hilfe des Steuergerätes 13 das Dreiwegeventil 8 so geöffnet, dass über Leitung 10 Waschwasser in die Zuleitung 7 und weiter in die Filterkammern eingeleitet wird. Das Ventil bleibt für eine vorbestimmte Zeit t₁ geöffnet, während welcher die Filterkammern mit Waschwasser durchströmt werden. Nach Ablauf von t₁ wird mit Hilfe des Steuergerätes 13 das Dreiwegeventil 8 geschlossen, sodass der Strom des Waschwassers angehalten wird. Im in den Filterkammern enthaltenen Waschwasser lösen sich Verunreinigungen, beispielsweise Alkalimetallsalze, auf. Der Waschwasserstrom wird für eine vorbestimmte Zeitdauer t₂ angehalten. Nach Ablauf von t₂ wird vom Steuergerät 13 ein Impuls an das Dreiwegeventil 13 gegeben, sodass dieses geöffnet wird und erneut über Leitung 10 Waschwasser in die Zuleitung 7 und weiter in die Filterkammern einströmt. Anschließend wiederholt sich der Vorgang wiederum, d.h. der Waschwasserstrom wird für t₁ aufrechterhalten und anschließend wieder für eine Zeitspanne t₂ angehalten. Zusätzlich zum Dreiwegeventil 8 kann eine Pumpe (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die koordiniert mit dem Dreiwegeventil 8 die Suspension bzw. das Waschwasser fördert. Diese Pumpe kann ebenfalls über das Steuergerät 13 gesteuert werden.
Nachdem der Zyklus von Einleiten von Waschwasser in die Filterkammern und Anhalten des Waschwasserstroms mehrmals durchlaufen wurde, sodass die Konzentration der löslichen Verunreinigungen im Filterkuchen bzw. dem abfließenden unter einen bestimmten Schwellenwert abgesunken ist, kann der Filterkuchen ggf. mit Hilfe von Filtermembranen (nicht dargestellt) ausgepresst werden. Die Filterkammern werden dann nacheinander geöffnet, indem zunächst das bewegliche Widerlager 5 mittels des Hydraulikzylinders 6 vom Filterplattenstapel weg bewegt, so dass zwischen den Filterplatten 1 ein Zwischenraum 14 ausgebildet wird. In den Zwischenraum 14 werden Rahmen 15a, 15b geschwenkt, die jeweils an Filterplatten 1a, 1b in deren unteren Bereich schwenkbar gelagert sind. Die Rahmen 15a, 15b können an ihrem oberen Querholm (nicht sichtbar) mittels eines Kabelbinders 16 verbunden sein. Im Zwischenraum 14 bilden die schwenkbaren Rahmen 15a, 15b daher eine dachförmige Struktur aus. An den Rahmen 15a, 15b sind jeweils Filtertücher 17a, 17b befestigt. Die Befestigung an den Seitenholmen der schwenkbaren Rahmen 15a, 15b erfolgt dabei mittels Kabelbindern 16, welche einerseits durch eine am Rand der Filtertücher 17a, 17b vorgesehene Öffnung sowie um den Seitenholm der schwenkbaren Rahmen 15a, 15b herum geführt sind. In der Entleerungsstellung hängen die Filtertücher 17a, 17b bauchartig durch. Unter seinem Eigengewicht löst sich daher der Filterkuchen 18 von den Filtertüchern 17a, 17b ab und fällt nach unten. Er fällt auf ein Transportband 19, von welchem er zur nächsten Bearbeitungsstation transportiert wird. Unterhalb des Plattenfilterstapels ist eine Lichtstrecke 20 vorgesehen. Dazu wird von einem Laser 21 ein Lichtstrahl ausgesandt, der auf einen Empfänger 22 trifft. Durch den herabfallenden Filterkuchen 18 wird die Lichtstrecke 20 unterbrochen. Dadurch wird ein Signal ausgelöst. Durch eine geeignete Steuerelektronik wird die Filterplatte 1b im gezeigten Beispiel daraufhin nach links bewegt, so dass der Zwischenraum 14 geschlossen wird und sich zwischen den benachbarten beiden Filterplatten 1b, 1c ein Zwischenraum ausbildet. In diesem Zwischenraum wird dann, wie oben beschrieben, der Filterkuchen ausgeworfen.
In der 2 ist der in 1 dargestellte Zwischenraum 14 detaillierter dargestellt. Der Zwischenraum 14 wird von einer Filterplatte 1a begrenzt, auf deren Hauptflächen 23 jeweils schwenkbare Rahmen 15a, 15b, 15c angeordnet sind. Die schwenkbaren Rahmen 15 sind jeweils in einem Lager 24 schwenkbar gelagert. Über die Schmalseite 25 der Filterplatte la spannt sich eine Feder 26, welche die Seitenholme 27 umgreift, so dass die schwenkbaren Rahmen 15a, 15c in Richtung auf die Hauptfläche 23 der Filterplatte 1 gespannt werden. Die Filterplatte 1 ist in einer Aufhängung 2 eingehängt, über welche die Filterplatte verfahrbar in dem in 1 dargestellten Brückenholm 3 eingehängt ist. Auf der Hauptfläche 23 der Filterplatte 1 ist eine großflächige Vertiefung 28a vorgesehen, welche einer Hälfte der Filterkammer entspricht. Auf der Fläche der Vertiefung 28a ist die Öffnung 29 einer Ableitung vorgesehen, über welche das Filtrat abgeführt wird. Weiter ist die Fläche der Vertiefung 28a mit Noppen 30 besetzt, so dass sich zwischen der Fläche der Vertiefung 28a und dem darüber angeordnetem Filtertuch 17 Kanäle ausbilden können, durch welche das Filtrat zur Ableitung 29 fließen kann. An ihrem äußeren Rand ist die Hauptfläche 23 mit einer umlaufenden Rahmenfläche 31 versehen, so dass bei Ausbilden des Plattenfilterstapels die Rahmenflächen 31 benachbarter Filterplatten 1 dichtend aneinander zur Anlage gelangen. Die schwenkbaren Rahmen 15a, 15b sind an ihrem oberen Ende mittels Kabelbindern 16 verbunden. Die Kabelbinder 16 sind jeweils um den oberen Querholm 32 der schwenkbaren Rahmen 15a, 15b geschlungen, wobei sie jeweils durch den Zwischenraum zwischen Filtertuch 17 und Seitenholm 27 geführt sind. Die Weite der durch den Kabelbinder 16 gebildeten Schlinge ist dabei so gewählt, dass die schwenkbaren Rahmen 15a, 15b ein gewisses Spiel aufweisen. In den Rahmen 15a, 15b sind jeweils Filtertücher 17a, 17b eingehängt. Die Filtertücher 17a, 17b sind an den Seitenholmen 27 jeweils mittels Kabelbindern 16 befestigt. Am oberen Abschluss der schwenkbaren Rahmen 15a, 15c ist das Filtertuch 17 jeweils um den oberen Querholm 32 herumgeführt und in vorspringenden Bolzen 33 eingehängt. In der gezeigten Entleerungsstellung hängen die Filtertücher 17a, 17b daher bauchartig durch. Die Filterkammer wird über eine Zuleitungsöffnung (nicht sichtbar) befüllt. Diese ist bei Aufsicht auf die Hauptfläche 23 der Filterplatte beispielsweise im rechten unteren Eck angeordnet, sodass sie eine möglichst große Entfernung zur im linken oberen Eck angeordneten Ableitung 29 einnimmt.
3 zeigt den schematischen Gang der Herstellung einer Cu/Zn/(Al)-Suspension, wie sie bei der Herstellung eines Cu/Zn/Al-Katalysators erhalten wird. In einen ersten Schritt wird eine Sodalösung hergestellt. Dazu werden beispielsweise 141 Liter destilliertes Wasser und 25,15 kg Na₂CO₃ bei 50 °C gemischt. Danach folgt die Herstellung einer Kupfer/Zink-Nitratlösung, indem beispielsweise 20,23 kg Cu(NO₃)₂×3H₂O in einem 50-Liter Behälter mit 24,2 kg destillierten Wasser gemischt werden. Dazu wird 4,43 kg ZnO-Pulver, dispergiert in 6,3 kg H₂O, und 10,08 kg 86% HNO₃ in einen 300 l Behälter gegeben und vollständig gelöst. Dem schließt sich die Herstellung einer Al/Na-Nitratlösung an. Dazu wird beispielsweise in einem 30-Liter Behälter 1,63 kg NaAlO₂ bei Raumtemperatur in 7,5 kg destilliertes Wasser gegeben. Dazu rührt man 6,4 kg 68% HNO₃. Nach einer leichten Braunfärbung der Lösung wird diese in die Cu/Zn-Nitratlösung gepumpt. Zu dieser Lösung gibt man eine Lösung aus 1,63 kg NaAlO₂ in 7,5 kg destillierten Wasser. Die Gesamtlösung wird mit destilliertem Wasser auf ein Volumen von 84,6 l aufgefüllt und auf 74 °C erhitzt. Die Anfangs hergestellte Sodalösung dient zur Fällung des Katalysators. Dazu wird sie bei einer Temperatur von 74 °C gleichzeitig mit der Hauptlösung in den Fällbehälter gepumpt. Der entstandene Niederschlag wird anschließend 60 min bei 70 °C gealtert. Die entstandene Suspension wird dann für die folgenden Reinigungsversuche verwendet. Dabei wird eine Filterpresse verwendet, wie sie oben beschrieben wurde.
Vergleichsversuch
Die wie oben beschrieben hergestellte Katalysatorsuspension wurde über den zentralen Trübekanal in die Filterkammern der Filterpresse eingespeist. Nachdem die Filterkammern gefüllt waren, wurden die Membranen der Filterplatten für 5 Minuten mit 3 bar Druck belastet, um den Filterkuchen auszupressen und einen Teil der Mutterlauge zu entfernen. Nachdem der auf den Membranen lastende Druck wieder entspannt war, wurde das Filtrat noch für weitere 8 Minuten aus der Filterpresse abgelassen .
Zum Waschen des Filterkuchens wurde entionisiertes Wasser durch die Filterkammern geleitet. Der Einlass des Waschwassers erfolgte über eine Öffnung in der linken unteren Ecke der Filterplatte und die Ableitung über eine Öffnung in deren rechten oberen Ecke. Zu Beginn wurde die Membran drucklos betrieben. Um Rissbildung im Filterkuchen zu vermeiden, wurde der Membrandruck auf 3 bar erhöht und der Filterkuchen für weitere 53 Minuten kontinuierlich mit destilliertem Wasser gewaschen. während des Waschprozesses wurde die Leitfähigkeit des ablaufenden Waschwassers überprüft. Eine gewünschte Leitfähigkeit von < 700 µS/cm konnte jedoch nicht erreicht werden.
Nach Beendigung des Waschprozesses wurde der Filterkuchen ausgepresst, indem der Membrandruck zunächst auf 5 bar erhöht wurde. Dieser Druck wurde 4 Minuten aufrecht erhalten und anschließend für weitere 4 Minuten auf 10 bar erhöht.
Nach dem Auspressen wurde der Filterkuchen noch für 9 Minuten mit Druckluft bei 5 bar ausgeblasen.
Versuch 1
Die wie oben beschrieben hergestellte Katalysatorsuspension wurde bis zu einem Gegendruck von 4 bar in die Filterkammern der Filterpresse eingeleitet. Dabei wurden 1387 kg Mutterlauge abgetrennt. Anschließend wurde mit 161 kg entionisiertem Wasser gespült, um Reste der Suspension aus den Zuleitungen der Filterpresse zu entfernen. Der Filterkuchen wurde ausgepresst, indem die Membranen der Filterplatten für 2 Minuten mit einem Druck von 4 bar beaufschlagt wurden.
Zum Waschen wurde das Waschwasser mit einem Druck von 3,5 bar durch die Filterkammern der Filterpresse geleitet. Um eine Rissbildung im Filterkuchen zu vermeiden, wurden die Membranen der Filterplatten mit einem Druck von 4 bar beaufschlagt. Das Waschwasser wurde durch eine Öffnung in der linken unteren Ecke der Filterplatte in die Filterkammer eingeleitet und über eine Öffnung in der rechten oberen Ecke der Filterplatte wieder ausgeleitet. Nachdem für 6 Minuten Waschwasser durch die Filterkammern geleitet worden war, wurde der Strom des Waschwassers angehalten und solange abgewartet, bis kein Filtrat mehr aus den Kammern ablief. Der Druck des Waschwassers wurde dann auf 4 bar erhöht und der Waschvorgang erneut gestartet. Es wurde für weitere 6 Minuten Waschwasser durch die Filterkammern geleitet und dann die Zuleitung des Waschwassers erneut solange gestoppt, bis kein Filtrat mehr aus den Filterkammern ablief. Dieser Vorgang wurde insgesamt 6 mal wiederholt.
Zum Trocknen des Filterkuchens wurde zunächst der Membrandruck für 2,5 Minuten auf 6 bar und anschließend für weitere 1,5 Minuten auf 8 bar erhöht. Abschließend wurde der Filterkuchen für 3 Minuten mit Druckluft bei einem Druck von 6 bar trocken geblasen.
Versuch 2
Die wie oben beschrieben hergestellte Katalysatorsuspension wurde bis zu einem Gegendruck von 1 bar in die Filterkammern der Filterpresse eingeleitet. Dabei wurden 521 kg Mutterlauge abgetrennt. Anschließend wurde mit 110 kg entionisiertem Wasser gespült, um Reste der Suspension aus den Zuleitungen der Filterpresse zu entfernen. Der Filterkuchen wurde ausgepresst, indem die Membranen der Filterplatten für 2 Minuten mit einem Druck von 2,5 bar beaufschlagt wurden.
Zum Waschen wurde das Waschwasser für 4 Minuten mit einem Druck von 1 bar durch die Filterkammern geleitet, wobei das Waschwasser durch eine Öffnung in der linken unteren Ecke der Filterplatte in die Filterkammer eingeleitet und durch eine Öffnung in der rechten oberen Ecke der Filterplatte wieder aus der Filterkammer abgeleitet wurde. Der Fluss des Waschwassers wurde angehalten und der Druck auf die Membranen der Filterplatten auf 2,5 bar erhöht. Es wurde abgewartet, bis kein Filtrat mehr ablief, der Druck auf die Membranen entspannt und dann bei umgekehrter Fließrichtung bei einem Vordruck von 1 bar erneut mit Waschwasser gewaschen. Der Waschvorgang wurde zweimal nach jeweils 4 Minuten unterbrochen, wobei während dieser Unterbrechung der Filterkuchen ausgepresst wurde, indem ein Druck von 2,5 bar an den Membranen der Filterplatten angelegt wurde.
Abschließend wurde der Druck auf die Membranen für 3 Minuten auf 8 bar erhöht und nachdem kein Filtrat mehr ablief der Filterkuchen trocken geblasen, indem für 3 Minuten bei einem Druck von 4,5 bar Druckluft durch den Filterkuchen geblasen wurde.
Versuch 3
Die wie oben beschrieben hergestellte Katalysatorsuspension wurde bis zu einem Gegendruck von 1 bar in die Filterkammern der Filterpresse eingeleitet. Anschließend wurde zusätzlich der untere Filtratkanal geöffnet und weiter Suspension in die Filterkammern eingeleitet. Dabei wurden 1108 kg Mutterlauge abgetrennt. Anschließend wurde mit 118 kg entionisiertem Wasser gespült, um Reste der Suspension aus den Zuleitungen der Filterpresse zu entfernen. Der Filterkuchen wurde ausgepresst, indem die Membranen der Filterplatten für 3 Minuten mit einem Druck von 2 bar beaufschlagt wurden.
Zum Waschen wurde das Waschwasser bei einem Druck von 3,0 bar in die Kammern eingeleitet. Um eine Rissbildung zu vermeiden wurde der Druck auf die Membranen der Filterplatten auf 2 bar erhöht. Der Zulauf des Waschwassers erfolgte über eine Öffnung an der linken unteren Ecke der Filterplatte während der Ablauf über eine Öffnung in der rechten oberen Ecke der Filterplatte erfolgte. Für diesen ersten Waschzyklus wurden 350 kg recyceltes Waschwasser aus einer vorherigen Filtration verwendet, das eine Leitfähigkeit von 3,3 Ms/cm aufwies. Der Strom des Waschwassers wurde angehalten und der Filterkuchen ausgepresst, indem der Membrandruck auf 2,5 bar erhöht wurde. Der Filterkuchen wurde mit Druckluft bei 4 bar trocken geblasen.
Anschließend wurde der Filterkuchen zwei mal für jeweils 4 Minuten mit Waschwasser gewaschen, wobei der Filterkuchen dazwischen ausgepresst wurde, indem die Filtermembranen mit einem Druck von 2,0 bar beaufschlagt wurden. Anschließend wurde der Filterkuchen mit Druckluft bei einem Druck von 4 bar trocken geblasen. Es wurde dann erneut mit Waschwasser gewaschen, bis die Leitfähigkeit des ablaufenden Filtrats auf einen Wert von < 700 µS/cm abgesunken war.
Nach Beendigung des Waschens wurden die Membranen der Filterplatten zunächst für 2 Minuten mit einem Druck von 6 bar und anschließend für 2 Minuten mit einem Druck von 8 bar beaufschlagt. Zum Schluss wurde der Filterkuchen mit Druckluft (4,5 bar) trocken geblasen.

Die für die oben beschriebenen Versuche ermittelten Daten sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1: Wasserverbrauch und Reinigungswirkung bei kontinuierlichem und periodischem Spülen

Versuch	Mutterlauge + Waschwasser (kg)	Trockensubstanz Endprodukt (kg)	Mutterlauge + Waschwasser (kg) / Trockensubstanz Endprodukt (kg)	Na (ppm) im Endprodukt
Vergleich	2038,0	48,2	42,3	973,0
1	2462,0	99,3	24,8	395,0
2	1108,2	41,9	26,4	265,0
3	2103,80	76,9	27,35	343,0

Claims

Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Feststoffen aus Suspensionen mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Suspension; b) Einleiten der Suspension in Filterkammern einer Filterpresse unter Ausbildung eines Filterkuchens; c) Einleiten eines Stroms eines Waschmediums in die Filterkammern, sodass der Filterkuchen mit dem Waschmedium gespült wird; d) Anhalten des Stroms des Waschmediums für mindestens 10 Sekunden; e) Wiederaufnehmen des Einleitens des Waschmediums in die Filterkammern; f) Wiederholen der Schritte (d) und (e); g) Anhalten des Stroms des Waschmediums; h) Entnehmen des Filterkuchens aus der Filterkammer.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne in Schritt (d) für aufeinanderfolgende Schritte, in welchen der Strom des Waschmediums angehalten wird, konstant gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Strom des Waschmediums, welches die Filterkammer verlässt, die Konzentration einer Verunreinigung gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten (d) und (e) der Filterkuchen ausgepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschmedium im Filterkuchen eine Strömungsrichtung aufweist und die Strömungsrichtungen in aufeinander folgenden Schritten (e) unterschiedlich gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammern während des Waschens in ihrem Volumen verkleinert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension eine Suspension aus der Herstellung von Cu/Zn-Katalysatoren ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkuchen nach der Reinigung getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung als Sprühtrocknung durchgeführt wird.