DD264337A3

DD264337A3 - Wirbelbettreaktor zur herstellung und reaktivierung von aktivkohle

Info

Publication number: DD264337A3
Application number: DD84270311A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Heschel; Erhard Klose; Guenter Mueller
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1984-12-05
Filing date: 1984-12-05
Publication date: 1989-02-01
Also published as: DD261262A3; DE3824916A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wirbelbettreaktor zur Herstellung und Reaktivierung von Aktivkohle, insbesondere von Kornaktivkohle. Ziel der Erfindung ist es, einen fuer die Gasaktivierung geeigneten, apparatetechnisch einfachen und leicht steuerbaren Wirbelbettreaktor zu schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelbettreaktor hinsichtlich der Feststoffbewegung im Reaktionsraum unter Einbeziehung bekannter technischer Hilfsmittel und Verfahren der Steuerung so zu gestalten, dass eine dem jeweiligen Verwendungszweck angepasste Aktivatqualitaet bei unterschiedlicher Rohstoffqualitaet sowie ein gleichmaessig reaktiviertes Gut erzielt werden koennen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass der mit Zufuehrungs- und Austragskanaelen versehene zylindrische Reaktor erfindungsgemaess mit einer in der Hoehe verstellbaren, senkrecht zum Anstroemboden angeordneten Trennwand mit Druckmesssonde, die den Reaktionsraum in einen materialeintragsseitigen Teil und einen materialaustragsseitigen Teil trennt, versehen ist.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Wirbelbettreaktor zur Herstellung und Reaktivierung von Aktivkohle, insbesondere von Kornaktivkohle, die zur Trinkwasseraufbereitung, Abwasserbehandlung, Gas- und Abluftreinigung einsetzbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Aktivierung von Kohlenstoff materialien mittels oxydierend wirkender Gase (Dampf, CO₂) ist eine Vielzahl von Ofentypen bekannt, von denen jedoch nur der direkt beheizte Drehrohrofen, der Etagenofen und der Wirbelbettofen allgemeine Bedeutung erlangt haben. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Gas- und Feststoffreaktion wird entscheidend von der Phasengrenzfläche Feststoff/Gas bestimmt. Beim direkt beheizten Drehrohrofen wird die Phasengrenzfläche Feststoff/Gas zum begrenzenden Faktor für die Aktivierungsgeschwindigkeit und folglich für die Reaktorleistung. Im geringen Umfang werden der Kontakt zwischen Gas und Feststoff und damit die effektive Austauschfläche durch Drehzahlerhöhung bzw. Einbau von Schaufeln vergrößert. Hauptnachteil der Etagenofen ist deren komplizierte Mechanik.

Am größten ist die effektive Austauschfläche zwischen Gas und Feststoff im Wirbelbett, da sie der geometrischen Phasengrenzfläche nahekommt, und damit auch die Aktivierungsgeschwindigkeit. Der bekannte zylindrische Wirbelbettofen ist jedoch zur kontinuierlichen Aktivierung von Koksen und Kohlen kaum geeignet, da er ein zu ungünstiges Verweilzeitspektrum aufweist. Die Teilchenrückvermischung im zylindrischen Wirbelbett hat zur Folge, daß nach der mittleren Verweilzeit erst etwa 65% des Feststoffes ausgetragen sind, während 10% des Feststoffes mindestens die dreifache Verweilzeit im Wirbelbett aufweisen (vgl. H. Jüntgen et al. Chem. Ing. Techn. 49 (1977) 2, MS 447/77). Unterschiedliche Verweilzeitbedingungen haben aber einen unterschiedlichen Abbrand der einzelnen Partikel und damit eine Vergrößerung des Qualitätsspektrums zur Folge.

Um das Verweilzeitverhalten zu verbessern, wird in den FR-PS 942699 und 951153 vorgeschlagen, die Kohleteilchen hintereinander mehrere Wirbelbetten durchlaufen zu lassen, wobei die Bettemperatur allmählich ansteigt. Dies erfordert aber einen hohen apparativen sowie Regel- und Steueraufwand.

Um die Rückvermischung einzuschränken, wird in der DE-OS 2518033 eine Wirbelbettrinne vorgeschlagen, wobei mit einer Wirbel betthöhe von 30 bis 70mm gearbeitet wird. Die geringe Wirbelbetthöhe bedingt jedoch eine schlechte Ausnutzung des Aktivierungsgases.

Die DE-AS 1769859 beinhaltet einen Wirbelbettreaktor zur Reaktivierung von Aktivkohle, wobei das Wirbelbett einen kreisförmige ί oder quadratischen Querschnitt aufweist, das durch Trennwände in einen zentralen Raum, dem das Material zugeführt wird, und einem oder mehrere ringförmige Räume um diesen herum unterteilt ist. Aus dem zentralen Raum strömt das Material durch einen in jeder Wand ausgesparten, verhältnismäßig breiten Spalt in den benachbarten ringförmigen Raum und schließlich zu einem Überlauf.

Aufgrund der Einengung des Reaktorquerschnittes besteht die Gefahr, daß sich eine stoßende Wirbelschicht bildet, die den Kontakt zwischen den reagierenden Phasen vermindert.

Beim in der DE-OS 3006754 vorgestellten Reaktor wird die Anströmgasgeschwindigkeit auf der Basis des Druckabfalls, gemessen in zwei an unterschiedlichen Stellen untergebrachten Detektoren, gesteuert. Es ist jedoch zu vermerken, daß das Siebgewebe des Detektorgefäßes leicht verstopfen kann und Fehlmessungen nicht auszuschließen sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen für die Gasaktivierung von unterschiedlichen Kohlenstoffmaterialien sowie für die Reaktivierung von körniger Aktivkohle geeigneten, apparatetechnisch einfachen und leicht steuerbaren Wirbelschichtreaktor zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelbettreaktor hinsichtlich der Feststoff bewegung im Reaktionsraum unter Einbeziehung bekannter technischer Hilfsmittel und Verfahren der Steuerung so zu gestalten, daß eine dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßte Aktivatqualität bei unterschiedlicher Rohstoffpalette sowie ein gleichmäßig reaktiviertes Gut erzielt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zylindrische Reaktor mit einer in der Höhe verstellbaren, senkrecht zum Anströmboden angeordneten Trennwand mit Druckmeßsonde, die den Reaktionsraum in einen materialeintragsseitigen und einen materialaustragsseitigen Teil trennt, versehen ist Die Trennwand ist entweder in ihre gesamten Breite höhenverstellbar oder mindestens in einem Drittel ihrer Breite, wobei dann der höhenverstellbare Teil der Trennwand durch zwei mit der Reaktorinnenwand starr verbundenen, über die gesamte Reaktorhöhe verlaufende, diametral gegenüberstehende Teile der Trennwand geführt ist.

Durch die Höhenverstellbarkeit der Trennwand ist der Partikelaustausch zwischen materialeintragsseitigem und materialaustragsseitigem Teil des Reaktionsraumes beeinflußbar und folglich auch das Aktivierungsergebnis. Mit der erfindungsgemäß am beweglichen Teil der Trennwand angeordneten Druckmeßsonde wird der statische Druck im Wirbelbett gemessen. Gegenüber den bekannten Anordnungen, bei denen der statische Druck unmittelbar an der Reaktorinnenwand gemessen wird, durch die dort andersartigen Strömungsverhältnisse keine den tatsächlichen fluiddvnamischen Zustand des Wirbelbettes repräsentierenden Werte erhalten werden, ist durch die Anordnung der Druckmeßsonde an der anströmbodenseitigen Kante der Trennwand ein den tatsächlichen fluiddynamischen Zustand repräsentierender statischer Druck meßbar. Durch die Höhenverstellung der Trennwand und damit der Druckmeßsonde ist es möglich, den Schichtdruckverlust entlang der Wirbelbetthöhe zu erfassen und dadurch die Wirbelbettdichte über der Höhe zu ermitteln. Aus dieser Information kann auf eine eventuelle Klassierung des Wirbelbettes, die sich günstig auf die Aktivatqualität auswirkt, geschlossen werden, bzw. es kann durch Variation der Gasgeschwindigkeit und gleichzeitige Druckmessung ein solcher Zustand angestrebt werden. Wird das zu aktivierende Material oberhalbder Wirbelschicht zugegeben, dann bewirkt die erfindungsgemäß angeordnete Trennwand, daß das zu aktivierende Material einen vorgeschriebenen Weg durch den Reaktor zurücklegt. Mit dem erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktor können unterschiedliche Ausgangsmaterialien zu körniger Aktivkohle aktiviert werden. Im Reaktor sind aber auch verbrauchte körnige Aktivkohlen vorteilhaft reaktivierbar.

Ausführungsbefeptel

Der erfindungsgemäße Wirbelbettreaktor soll anhand von zwei Beispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1

Aschexylit (brennbare Anteile in den festen Verbrennungsrückständen der Großkraftwerke der Niederlausitz) mit einer Körnung von 3-5mm wird mittels heißer Verbrennungsgase, denen wahlweise Zusatzdampf bis zu einer Konzentration von 35Vol.-% in der Mischung zugesetzt werden kann, im Reaktor 1 aktiviert (Rg. 1). Das vorgetrocknete Aufgabematerial gelangt aus dem Bunker 2, das steuerbare Dosierorgan 3 und über eine Falleitung 4 in den mit der Förderschnecke 5 versehenen Zuführungskanal 6, wo es mit definierter Geschwindigkeit in den materialeintragsseitigen Teil des Reaktionsraumes 7 gefördert wird und über den von Trennwand 8 und Anströmboden 9 gebildeten Durchtrittsspalt 10 in den materialaustragsseitigen Teil des Reaktionsraumes 11 gelangt Das gebildete Aktivat, durch Dichtesortierung im oberen Teil des materialaustragsseitigen Teils des Reaktionsraumes 11 angereichert, wird wahlweise über die Austragsöffnung 12,13 ausgetragen und passiert den in den Austragskanälen 14,15 eingebauten Probenehmer 16. Die heißen Verbrennungsgase, die zugleich Wirbelgas und Wärmeträger sind, werden in der dem Reaktor 1 über das konische Zwischenstück 17 untergebauten Brennkammer 18 aus einem Brenngas und Luft erzeugt. Die konische Einschnürung der Strömung im Zwischenstück 17 vergleichmäßigt das Geschwindigkeitsprofil und unterstutzt die Gasverteilung durch den Anströmboden 9. Das den Reaktor verlassene Abgas wird in zwei in Reihe geschalteten Zyklonen 19,20 entstaubt und einer Wärmerückgewinnung zugeführt. Figur 2 zeigt den beweglichen Teil der Trennwand 8. Die Druckmeßsorde 21 weist vier um 90° versetzte Bohrungen von 0,6 bis max. 1 mm Durchmesser auf, die sich im Abstand von 10 bis höchstens 20mm vom anströmbodenseitigen, stromlinienförmig ausgebildeten Ende der Druckmeßsonde 21 befinden. Die Trennwand 8 mit der Druckmeßsonde 21 ist über die Stopfbuchse 22 gasdicht in den Reaktor 1 geführt. Die Trennwand 8 gewährleistet, daß eingetragene Partikel nicht direkt in den materialaustragsseitigen Teil des Reaktionsraumes 11 gelangen können.

Beispiel 2

Bei der Reaktivierung beladener Kornaktivkohle ist es vorteilhaft, den Reaktor halbkontinuierlich zu betreiben. In den materialeintragsseitigen Teil des Reaktionsraumes 7 wird die beladene Kornaktivkohle kontinuierlich zugeführt, während das Reaktivat über die Austragsöffnung 13 und den Austragskanal 15 intervallweise ausgetragen wird. Die Trennwand 8 verhindert, daß während des Austragsvorganges nichtreaktivierte Teilchen ausgeschleust werden. Die Intervalldauer wird mit Hilfe der mit der Druckmeßsonde 21 gemessenen Druckverlustdifferenz des Wirbelbettes gesteuert.

Claims

1. Wirbelbettreaktor zur Herstellung und Reaktivierung von Aktivkohle, bestehend aus einem zylindrischen Reaktor, der räumlich aufgeteilt ist und mit Zuführungs- und Austragskanälen versehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß der zylindrische Reaktor mit einer in der Höhe verstellbaren, senkrecht zum Anströmboden (9) angeordneten Trennwand (8) mit Druckmeßsonde (21), die den Reaktionsraum in einen materialeintragsseitigen Teil (7) und einen materialaustragsseitigen Teil (11) trennt, versehen ist.

2. Wirbelbettreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die senkrecht zum Anströmboden (9) angeordnete Trennwand (8) mit Druckmeßsonde (21) in ihrer gesamten Breite höhenverstellbar ausgebildet ist.

3. Wirbelbettreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die senkrecht zum Anströmboden (9) angeordnete Trennwand (8) aus drei Teilen besteht, wobei der höhenverstellbare Teil durch die zwei mit der Reaktorinnenwand starr verbundenen, über die gesamte Reaktorhöhe verlaufenden diametral gegenüberstehenden Teile der Trennwand geführt ist.

4. Wirbelbettreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Druckmeßsonde (21) an der anströmbodenseitgen Kante der höhenverstellbaren Trennwand (8) angeordnet ist.