CH662285A5

CH662285A5 - Verfahren und vorrichtung zur intermittierenden regeneration einer adsorptionssaeule.

Info

Publication number: CH662285A5
Application number: CH1359/83A
Authority: CH
Inventors: Donald Gene Hager; Michael Leonard Massey; Frederick Jun Rubel
Original assignee: Westvaco Corp
Priority date: 1982-03-12
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1987-09-30
Also published as: IT8320034A0; FR2522987B1; CA1188230A; IT1163144B; FR2522987A1; JPS58166916A; US4416798A; JPS634442B2; DE3308577C2; DE3308577A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss Patentanspruch 1 sowie auf eine diesbezügliche Vorrichtung.

Aktivkohle ist eine aus Kohle, Holz oder anderen kohlenstoffhaltigen Materialien gewonnene Substanz mit einer grossen Porosität, mit grosser Durchlässigkeit und Porenoberfläche. Aufgrund der grossen Porenoberfläche ist Aktivkohle ein hervorragender Adsorber gelöster organischer und einiger anorganischer Bestandteile aus Wasser. Wenn solche kohlenstoffaffinen Zusammensetzungen sich als Verunreinigungen in einem Wasserstrom befinden, können diese Verunreinigungen schon dadurch entfernt werden, dass der Wasserstrom ein Bett oder eine Masse aus Aktivkohle durchströmt.

Aktivkohlebetten bewirken auch ein Entfernen von Bakterien aus Trink- und Industriewasserströmen durch Filtration. Jedoch werden dabei Bakterien in das Aktivkohlebett aufgenommen bzw. eingeschlossen, wobei das Aktivkohlebett ein geeignetes Klima für ein Wachstum und zur Vermehrung der Bakterien bildet. Mit dem Wachsen von Bakterienkolonien im Aktivkohlebett wird die Durchströmung verringert und der aus dem Bett abfliessende Wasserstrom ist verunreinigt.

Desinfizierende Mittel wie Chlor, Chlordioxid und Chloramin, die üblicherweise zur Regulierung eines solchen Bakterienwachstums Verwendung finden würden, sind in einem Aktivkohlebett aufgrund der Neutralisierung der Desinfektionsmittel durch die Adsorption der Aktivkohle unwirksam.

Demnach muss eine Regulierung des Bakterienwachstums in einem Aktivkohlebett durch ein wiederholtes Rückbzw. Gegenspülen mit anschliessender Ätzmittelwaschung und Dampfsterilisation bewerkstelligt werden. Ein Gegenspülen kann jedoch nur bei druckfreien Betten eingesetzt werden, d.h. bei Aktivkohlemengen, die in Gefässenmit wesentlich grösserem Rauminhalt enthalten sind. Festgepackte Filterbetten, bei denen das Aktivkohlebett im wesentlichen das gesamte Gefässvolumen einnimmt, sind nicht ge-genspülfähig. In diesen Fällen kann Dampf oder Ätzmittel Verwendung finden.

Unabhängig von den Verstopfungsproblemen bei festgepackten Aktivkohlebetten und den Schwierigkeiten bei der Sterilisation infolge des im Bett selbst stattfindenden Bakterienwachstums lässt sich jedes Aktivkohleteilchen oder -gra-nulat als ein unabhängiges Gefäss ansehen. Trotz der Affinität von Aktivkohle gegenüber bestimmten Zusammensetzungen ist ihre zur Verfügung stehende Kapazität begrenzt. Schliesslich ist das Granulatgefäss angefüllt, ein Zustand, der als gesättigt oder als verbraucht bezeichnet wird. Wenn dies eintrifft, kann dieses Granulat nicht weiter Adsorptionszwecken dienen und muss entweder ausgetauscht oder regeneriert werden.

Die Regeneration von Aktivkohle ist ein Prozess, bei dem die adsorbierten Bestandteile aus ihrer Bindung an die Kohlepartikel gelöst werden, d.h., dass das Granulatgefäss entleert wird. Eine thermische Regeneration umfasst ein Erwärmen der Aktivkohle mit Verbrennungsprodukten auf Temperaturen von 815 bis 980 °C (1500 bis 1800 °F) in einer Schutzgasatmosphäre zur Wärmeabtötung der adsorbierten Bestandteile. Eine zusätzlich zur Sterilisation erfolgende Dampfregeneration desorbiert die adsorbierten Verunreinigungen von der Aktivkohle durch Erwärmen des Bettes auf den Siedepunkt der Verunreinigungen. Eine chemische Regeneration umfasst ein Zusammenbringen der verbrauchten Aktivkohle mit hochreaktivfähiger verdünnter Essigsäure oder mit einer Ätzlösung, um die adsorbierten Bestandteile in Lösung mit einem pumpfähigen Fluid gehen zu lassen.

Aufgrund der extremen thermischen oder chemischen Reaktionsverhältnisse bei der Regeneration wird der Rege-nerationsprozess normalerweise nicht in dem Adsorptions-bett-Gefäss durchgeführt. Herkömmliche Strömungsadsorp-tions-Durchflussgefässe werden aus Flussstahl gefertigt und erhalten eine kostengünstige Innenbeschichtung oder einen Überzug aus abriebfestem und chemisch widerstandsfähigem Material. Falls das Gefäss zur Dampfbehandlung oder Regeneration der Aktivkohlefüllung Verwendung findet, muss das gesamte Gefäss üblicherweise aus einem thermisch und chemisch widerstandsfähigen Material, z.B. aus nichtrostendem Stahl gefertigt werden. Ausserdem muss, falls eine Unterbrechung der Aufbereitung des Wasserstroms nicht stattfinden darf, die Anzahl der Adsorptions/Regenerations-Gefässe vervielfältigt werden, so dass eine durchlaufende

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Aufbereitung durch ein einsatzfähiges Aktivkohlebett während der Zeitspanne für die Regeneration eines verbrauchten Aktivkohlebettes fortgesetzt werden kann.

Eine Vervielfachung der Adsorptionsgefasse im Aufbereitungssystem ist häufig aus anderen Gründen notwendig, z.B. wegen eines Entfernens eines Gefässes aus dem Aufbe-reitungsprozess zum Rück- oder Gegenspülen, dem Entfernen von nicht adsorbierten Filterbestandteilen aus dem Aktivkohlebett und für die Erwärmungsdauer der Dampfsterilisation. Wenn die Ausgaben für mehrere Adsorptionsgefäs-se, jedes mit einem übergrossen Gegenspülvolumen, zu den Kosten für die Herstellung all solcher Gefässe aus nichtrostendem Stahl hinzugenommen werden, ist eine Aktivkohleregeneration in situ wirtschaftlich nur schwer zu rechtfertigen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine im wesentlichen kontinuierliche Aufbereitung durch ein Aktivkohle-Adsorptionssystem bereitstellen, welches im Minimalfall nur ein Flussstahl-Adsorptionsgefäss und ein Paar wesentlich kleinere, aus nichtrostendem Stahl bestehende Blasgehäuse für eine während des Betriebs stattfindende Spülung, Sterilisation und Regeneration der Aktivkohle erforderlich macht und auch einen Aktivkohletransport durchführt. Ferner sollen mit der Erfindung der Umfang und die Kosten für die Zusatzausrüstung, die für eine Dampfsterilisations- und eine Regenerationsanlage zur Erzielung eines Aktivkohle-Aufbereitungsbetts erforderlich sind, so klein wie möglich gehalten werden. Ausserdem soll mit der Erfindung ein im wesentlichen ununterbrochener Adsorptionsbetrieb mit einem einzigen Adsorptionsgefass möglich sein.

Im Anschluss an das periodische Entfernen eines Teils der verbrauchten Aktivkohle von der Boden- oder Zufluss-Stirnseite des Bettes kann zweckmässigerweise eine frische oder regenerierte Aktivkohlemenge etwa desselben Umfan-ges auf die obere oder Abfluss-Stirnseite des Bettes abgelegt werden.

Die verbrauchte Aktivkohlemenge wird vorzugsweise mittels eines Fluids durch Verbindungsleitungen vom Ad-sorptions-Gefässboden zum Inneren eines ersten, aus zwei kleinen Blasgehäusen aus rostfreiem Stahl bestehenden Gehäuses transportiert. Das beladene Blasgehäuse wird dann von dem Adsorptionsgefass mittels geeigneter Ventile getrennt, und ein geeignetes Stérilisations- und Regenerationsmittel, z.B. Dampf, ein Lösungsmittel, Säure oder Beize,

wird zugeführt. Derartige Stérilisations- und Regenerations-Behandlungen dauern üblicherweise lange Zeit, während dieser das Adsorptionsbett normal arbeitet.

Die sterile und regenerierte Aktivkohlenladung, welche die verbrauchte Menge innerhalb des Adsorptionsgefässes ersetzt, kann unter pneumatischem oder hydraulischem Druck aus dem anderen der beiden Blasgehäuse eingeblasen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung schematisch dargestellt.

Gemäss dem Flussschaltbild in der Zeichnung umfasst die Ausführungsform der Erfindung zumindest ein herkömmliches Flussstahl-Druckgefäss 10, das mit einer geeigneten Auskleidung versehen ist, um ein aufwärtsdurchström-tes Bett aus Aktivkohlegranulat aufzunehmen. Repräsentative Grössenordnungen für die Mengen sind etwa 18 000 kg (40 000 pound) Aktivkohle, die in dem Gefäss 10 zur Adsorptionsaufbereitung einer Durchflussmenge von 1,48 Mil. Liter (400 000 Gallon) pro Tag an Industrieabwasser, bei einer Verweilzeit des Wassers innerhalb des Bettes von 30 min, enthalten sind.

Geeignete Anschlüsse am Gefäss 10 sind in der Nähe des Bodens des Gefässes 10 mit Rohrleitungen für einen Abwasserstrom-Zufluss 100 und in der Nähe der Oberseite des Gefässes des mit Rohrleitungen für den aufbereitetes Wasser enthaltenden Abfluss 200 verbunden. An den Gefässboden ist auch eine für den Transport von Aktivkohle bestimmte Rohranordnung 20, und an die Gefässoberseite eine entsprechende Rohranordnung 30 angeschlossen.

Ein druckloses Aktivkohle-Speichergefäss 11 nimmt verbrauchte Aktivkohle auf, die aus dem System für ein endgültiges Austragen oder eine mit diesem System nicht mögliche Regeneration entfernt werden soll. Ein Ventil 21 verbindet dieses für verbrauchte Aktivkohle dienende Speichergefäss 11 mit der für den Transport von Aktivkohle bestimmte Rohranordnung 20. Durch ein Druckwassersystem 60 wird eine Entleerungs-Anordnung 61 betätigt, um die Entnahme der Aktivkohle aus dem Speichergefäss 11 zu erleichtern.

Ein Aktivkohle-Speichergefäss 12 dient zur druckfreien Aufnahme von frischer oder regenerierter Aktivkohle, die dem System zum Nachfüllen durch Abnutzungsverluste aufgrund von Pulverisierung oder als Ersatz für entfernte Aktivkohle zugesetzt werden soll. Die Leitung 32 verbindet das Speichergefäss 12 für frische Aktivkohle mit der entsprechenden Zufuhrleitung 30. Eine Entleerungsanordnung 62 erleichtert diesen Transport.

Die beiden Blasgehäuse 13 und 14 sind im wesentlichen gleichartig aufgebaute Druckgefässe aus nichtrostendem Stahl, von denen jedes ein Aktivkohlebettfassungsvermögen von etwa 5 — 25% der Kapazität des Adsorptionsbettes 10 und dazu noch einen Raum für die Gegenspülexpansion besitzt. Ventilgesteuerte Leitungen 23 und 24 verbinden die jeweiligen Blasgehäuse mit der für den Transport von Aktivkohle bestimmte Rohranordnung 20, und ventilgesteuerte Leitungen 33 bzw. 34 verbinden die Blasgehäuse mit der Ak-tivkohle-Zufuhrleitung 30.

Ein Rohrnetz 40 schliesst wahlweise beide Blasgehäuse 13 und 14 an geeignete Regenerationsmittelvorräte an, wobei das Regenerationsmedium Dampf, Lösungsmittel, Säure oder Beize sein kann. Das dargestellte System stellt eine aufwärtsströmende Regenerationsrichtung des Mediums dar, jedoch kann unter gewissen Zuständen oder aus anlagebedingten Gründen auch eine abwärtsströmende Richtung vorgeschrieben sein. Das Regenerationsmedium-Austrittsstromsystem 50 kann ein Dampfkondensor- oder ein Rück-gewinnungsgefäss 15 für verbrauchte Regenerationsmittel aufweisen. Eine derartige Anordnung kann ausserordentlich nützlich sein bei der Rückgewinnung gewisser wärmeflüchtiger Bestandteile, die eine Umweltgefährdung darstellen. Die Dampfregeneration desorbiert die Bestandteile von der Aktivkohle zum Transport in den Kondenser 15. Eine Wärmeabnahme von dem die Verunreinigungen enthaltenden Dampfstrom lässt die giftigen Bestandteile in Lösung oder einem Gemisch mit dem erhaltenen Kondensat übergehen, das kontrolliert austragbar ist.

Der normale oder Dauerbetrieb des vorgeschlagenen Systems umfasst einen gesteuerten Zustrom von Abwasser zum Zufluss 100 im Boden der in Aufwärtsrichtung durchströmten Adsorptionssäule 10. Das aufbereitete Wasser wird am Abfluss 200 an der Oberseite der Säule ausgetragen.

Periodisch, z.B. täglich, wird das Absperrventil 21 der Abnahmeleitung geöffnet, während das Zuflussventil offengehalten wird, um einen wirbeiförmigen, nach unten gerichteten Strömungstransport der verbrauchten Aktivkohle von der Einleitungsstirnseite der Adsorptionssäule zu erreichen. Die verbrauchte Aktivkohle wird von der Leitung 20 in ein leeres Blasgehäuse, z.B. das Gehäuse 13 eingeleitet. Wenn das Blasgehäuse 13 angefüllt ist, wird das Absperrventil 25 geschlossen und das Absperrventil 31 geöffnet, damit eine entsprechende Menge regenerierter Aktivkohle aus dem anderen Blasgehäuse 14 vom Gefäss 10 aufgenommen werden

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kann. Wenn der Transport beendet ist, wird das Absperrventil 31 erneut geschlossen und die Adsorptionssäule sowie der Aufbereitungs-Wasserstrom kehrt in seinen normalen Betriebszustand zurück.

Nach Beendigung der Zufuhr verbrauchter Aktivkohle zu dem Blasgehäuse 13 wird das Gehäuse von den Leitungen 20 und 30 abgesperrt und der Regenerationsprozess begonnen.

Je nach der Füllmenge, der Art der Füllung und dem Sättigungsgrad kann der Regenerationsprozess eine bis zehn

Stunden lang dauern. In vielen Fällen erfolgt der Regenerationsprozess durch chemische oder Lösungsmitteldesorp-tion. Oft ist nur eine Dampfregeneration erforderlich. In jedem Fall dauert die Regenerationsperiode nicht länger als die festgelegte Aktivkohle-Betriebszeitspanne. Nach Beendigung steht die regenerierte Menge zur Rückforderung an die Adsorptionssäule beim nachfolgenden Betriebsabschnitt zur Verfügung.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Regeneration von adsorbierendem Material, das in einer adsorbierenden Fluidaufbereitungssäule Verwendung findet, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

A) periodisches Abziehen eines Anteils an verbrauchtem Adsorptionsmaterial von der einen Stirnseite der Säule und ein Einbringen dieses Materials in ein erstes Zusatz-Druck-gefäss (13, 14)

B) Nachfüllen der Säule an ihrer anderen Stirnseite mit einem entsprechenden Anteil an regeneriertem, von einem zweiten Zusatz-Druckgefäss (14,13) abgezogenen Adsorptionsmaterial

C) Regeneration des verbrauchten Materials im ersten Druckgefäss (13,14) über eine zwischen aufeinanderfolgenden Abziehschritten dieses Materials liegende Zeitspanne, wobei Material aus der Säule (10) in das zweite Druckgefäss (14,13) eingebracht und regeneriert und die Säule (10) mit dem im ersten Druckgefäss (13,14) regenerierten Material nachgefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des verbrauchten Materials ein Dampf-Sterilisationsprozess mit einer in einem geschlossenen Behälter erfolgenden Kondensierung des aus dem Pro-zess austretenden Dampfes ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

A) ein vertikales, mit einer Säule aus adsorbierendem Granulatmaterial gefülltes Druckgefäss (10),

B) eine ventilgesteuerte Zuflussleitung (100) an einem Ende des Druckgefässes und eine ventilgesteuerte Abflussleitung (200) am anderen Gefassende,

C) eine erste Rohrnetzanordnung (20,23, 24), die das eine Ende des Druckgefässes an mindestens zwei Regenera-tionsgefässe (13,14) anschliesst, wobei diese Regenerations-gefässe jeweils ein Material-Fassungsvermögen besitzen, das kleiner ist als dasjenige der Adsorptionssäule,

D) eine zweite Rohrnetzanordnung (30, 33, 34), die das andere Ende des Druckgefässes mit beiden Regenerationsge-fassen verbindet,

E) Absperrventile in den jeweiligen Rohren der Rohrnetzanordnungen, die mit jedem der Gefässe (13,14) verbunden sind zum wahlweisen Absperren der Gefässe von den Rohrnetzanordnungen und

F) eine wahlweise an jedes der Regenerationsgefässe an-schliessbare Zuführungsanordnung (40) für Adsorptionsma-terial-Regenerationsmittel.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen in einem geschlossenen Behälter vorgesehenen Wärmetauscher (15) zur Kondensation eines Regenerationsmediums in Form von Hochtemperaturdampf.