DD264337A3 - SWIVEL BED REACTOR FOR THE MANUFACTURE AND REACTIVATION OF ACTIVATED CARBON - Google Patents
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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.The invention relates to a fluidized bed reactor for the production and reactivation of activated carbon, in particular of grain activated carbon. The aim of the invention is to provide a suitable for gas activation, technically simple and easily controllable fluidized bed reactor. The invention has for its object to make a fluidized bed reactor with respect to the movement of solids in the reaction chamber using known technical aids and methods of control so that the respective purpose adapted Aktivatqualitaet can be achieved with different raw material quality and a uniformly reactivated Good. The object is achieved in that the provided with Zufuehrungs- and Austragskanaelen cylindrical reactor according to the invention with a height-adjustable, arranged perpendicular to Anstroemboden partition wall with pressure measuring probe, which separates the reaction space in a materialeintragsseitigen part and a materialaustragsseitigen part.
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft einen Wirbelbettreaktor zur Herstellung und Reaktivierung von Aktivkohle, insbesondere von Kornaktivkohle, die zur Trinkwasseraufbereitung, Abwasserbehandlung, Gas- und Abluftreinigung einsetzbar ist.The invention relates to a fluidized bed reactor for the production and reactivation of activated carbon, in particular of grain activated carbon, which can be used for drinking water treatment, wastewater treatment, gas and exhaust air purification.
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.For the activation of carbon materials by means of oxidizing acting gases (steam, CO 2 ) a variety of furnace types is known, of which, however, only the directly heated rotary kiln, the deck furnace and the fluidized bed furnace have achieved general importance. The reaction rate of the gas and solid reaction is determined decisively by the solid / gas phase interface. In the directly heated rotary kiln, the solids / gas phase interface becomes the limiting factor for the activation rate and consequently for the reactor power. To a lesser extent, the contact between gas and solid and thus the effective exchange surface are increased by increasing the speed or installation of blades. The main disadvantage of the deck oven is its complicated mechanics.
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.The most effective is the effective exchange area between gas and solid in the fluidized bed, as it approaches the geometric phase interface, and thus also the activation rate. However, the known cylindrical fluidized bed furnace is hardly suitable for the continuous activation of cokes and coals, since it has an unfavorable residence time spectrum. The particle backmixing in the cylindrical fluidized bed has the consequence that only about 65% of the solids are discharged after the average residence time, while 10% of the solids have at least three times the residence time in a fluidized bed (see H. Jüntgen et al., Chem. 49 (1977) 2, MS 447/77). However, different residence time conditions result in a different burnup of the individual particles and thus an increase in the quality spectrum.
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.In order to improve the residence time behavior, it is proposed in FR-PS 942699 and 951153 that the coal particles are successively passed through several fluidized beds, the bed temperature gradually increasing. But this requires a high equipment and control and control.
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.In order to limit the backmixing, a fluidized bed channel is proposed in DE-OS 2518033, being worked with a vertebrate bed height of 30 to 70mm. The low fluidized bed height, however, requires poor utilization of the activation gas.
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.DE-AS 1769859 includes a fluidized bed reactor for the reactivation of activated carbon, wherein the fluidized bed has a circular ί or square cross-section, which is divided by partitions in a central space to which the material is supplied, and one or more annular spaces around it. From the central space, the material flows through a relatively wide gap recessed in each wall into the adjacent annular space and eventually to an overflow.
Aufgrund der Einengung des Reaktorquerschnittes besteht die Gefahr, daß sich eine stoßende Wirbelschicht bildet, die den Kontakt zwischen den reagierenden Phasen vermindert.Due to the narrowing of the reactor cross-section, there is a risk that an abutting fluidized bed is formed, which reduces the contact between the reacting phases.
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.When presented in DE-OS 3006754 reactor Anströmgasgeschwindigkeit on the basis of pressure drop, measured in two housed at different locations detectors controlled. However, it should be noted that the mesh of the detector vessel can easily clog and erroneous measurements can not be ruled out.
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.The aim of the invention is to provide a suitable for the gas activation of different carbon materials and for the reactivation of granular activated carbon, technically simple and easily controllable fluidized bed reactor.
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.The invention has for its object to make a fluidized bed reactor in terms of solid motion in the reaction chamber with the use of known technical aids and methods of control so that a particular purpose of use matched Aktivatqualität can be achieved with different raw material range and a uniform reactivated Good.
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.According to the invention, this object is achieved in that the cylindrical reactor is provided with a height-adjustable, arranged perpendicular to the distributor plate dividing wall with Druckmeßsonde, which separates the reaction space in a materialeintragsseitigen and a materialaustragsseitigen part, the partition is either height adjustable in its entire width or at least in one third of its width, in which case the height-adjustable part of the dividing wall is guided by two diametrically opposite parts of the dividing wall which are rigidly connected to the reactor inner wall and extend over the entire reactor height.
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.Due to the height adjustability of the partition of the particle exchange between materialeintragsseitigem and materialaustragsseitigem part of the reaction chamber can be influenced and consequently also the activation result. With the pressure measuring probe arranged according to the invention on the movable part of the dividing wall, the static pressure in the fluidized bed is measured. Compared to the known arrangements, in which the static pressure is measured directly at the reactor inner wall, are not the actual fluiddvnamischen state of the fluidized bed representing values obtained by the different flow conditions there, by the arrangement of the pressure measuring probe on the anode side edge of the partition a the actual fluid dynamic State representing static pressure measurable. By adjusting the height of the partition wall and thus the pressure measuring probe, it is possible to detect the layer pressure loss along the fluidized bed height and thereby determine the fluidized bed density over the height. From this information can be closed to a possible classification of the fluidized bed, which has a favorable effect on the Aktivatqualität, or it can be sought by varying the gas velocity and simultaneous pressure measurement, such a state. When the material to be activated is added above the fluidized bed, the partition arranged according to the invention will cause the material to be activated to travel a prescribed path through the reactor. With the fluidized bed reactor according to the invention different starting materials can be activated to granular activated carbon. In the reactor but also used granular activated carbons are advantageously reactivated.
Der erfindungsgemäße Wirbelbettreaktor soll anhand von zwei Beispielen näher erläutert werden:The fluidized bed reactor according to the invention will be explained in more detail with reference to two examples:
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.Aschexylit (combustible fractions in the solid incineration residues of large power plants in the Lower Lusatia) with a grain size of 3-5mm is activated in the reactor 1 by means of hot combustion gases, to which optionally additional vapor can be added to a concentration of 35 vol .-% in the mixture (Rg . 1). The predried feed material passes from the bunker 2, the controllable metering member 3 and a downpipe 4 in the feed screw 6 provided with the screw conveyor 5, where it is conveyed at a defined speed in the materialeintragsseitigen part of the reaction chamber 7 and on the partition wall 8 and distributor plate The formed active, enriched by density sorting in the upper part of the materialaustragsseitigen part of the reaction chamber 11 is optionally discharged via the discharge opening 12,13 and passes through the built-in discharge channels 14,15 sampler 16th The hot combustion gases, which are at the same time fluidizing gas and heat carrier, are produced in the combustion chamber 18, which is subjacent to the reactor 1 via the conical intermediate piece 17, from a fuel gas and air. The conical constriction of the flow in the intermediate piece 17 equalizes the velocity profile and supports the gas distribution through the distributor plate 9. The exhaust gas leaving the reactor is dedusted in two cyclones 19, 20 connected in series and fed to a heat recovery. Figure 2 shows the movable part of the partition 8. The Druckmeßsorde 21 has four offset by 90 ° holes from 0.6 to max. 1 mm in diameter, which are located at a distance of 10 to at most 20 mm from the anode side, streamlined end of the pressure measuring probe 21. The partition wall 8 with the pressure measuring probe 21 is guided in a gastight manner into the reactor 1 via the gland 22. The partition 8 ensures that registered particles can not get directly into the materialaustragsseitigen part of the reaction chamber 11.
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.When reactivating loaded grain activated carbon, it is advantageous to operate the reactor semi-continuously. In the material-entry-side part of the reaction chamber 7, the loaded grain activated carbon is continuously supplied, while the reactivated material is discharged via the discharge opening 13 and the discharge channel 15 at intervals. The partition wall 8 prevents unreacted particles from being discharged during the discharge process. The interval duration is controlled by means of the pressure drop difference of the fluidized bed measured with the pressure measuring probe 21.
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