DE1571699A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung waesseriger Russsuspensionen - Google Patents

Description

Oberhausen, 9. Mai 1966 Lfd.-Hr. H19 YY/Ew.

Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung wässeriger Kußsuspensionen

Bei der Herstellung von petrochemischen Grundstoffen wie Acetylen, A Äthylen, Synthesegas oder Stadtgas aus Erdgas oder Erdöl oder bestimmten Fraktionen desselben" entsteht als Nebenprodukt Ruß, wenn bei dieser Herstellung der Wärmebedarf der Reaktion durch teilweise Oxydation des Einsatzstoffes mit Sauerstoff gedeckt wird. Die dabei anfallende Rußmenge ist sehr unterschiedlich, da sie vom Rohstoff und dem jeweiligen Verfahren abhängt. Sie. liegt im allgemeinen zwischen 2 und 7 g pro 100 g Einsatzstoff. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß der Ruß zunächst im heißen Reaktionsgas enthalten ist. Häufig wird er aus diesem mit einer i Flüssigkeit ausgewaschen. Dabei wird das Reaktionsgas in erwünschter Weise abgekühlt.

I)ie vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Fall, daß als Kühl- und Waschflüssigkeit Wasser verwandt wird, der Ruß nach dem Auswaschen also in wässriger Suspension vorliegt. Die Konzentration dieser Suspension hängt von der Menge des anfallenden Rußes _t von der Waschwasaermenge und davon ab, ob das Jasser einmal oder mehrmals zum Auswaschen von Ruß verwendet wird. In einem

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Kubikmi-er Wasser sind zwischen 0,1 und 10 kg nuß enthalten. Der Ruß ist spezifisch schwerer als Wasser. Die Crröße der Rußteilchen beträgt weniger ala 1yu und hängt im übrigen von den Reaktionsbedingungen ab. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, daß bei 800 ⁰C Rußteilchen von ca. 0,1 JU entstehen, während die entsprechenden Teilchen bei 1 400 ⁰G 0,01 U groß sind.

ψ Der Größe der "Primärteilchen'¹ kommt jedoch keine entscheidende Bedeutung für die Abtrennung von Wasser zu, da sie untereinander zu Agglomeraten verbunden sind, die bis 100 /u. groß sein können. Diesen Rußflocken haften vom Entstehungsprozeß kleinste J-asbläschen an, die ihr spezifisches Grewicht 3tark erniedrigen.

iian kann den Ruß auf einer Abfallhalde lagern oder, sofern er sich aus der wässerigen Suspension nach unten absetzt, sich in Absetzbecken absetzen lassen. Hierbei ist jedoch zu berücksicht tigen, daß die anfallenden Mengen für Absetzbecken und Abfallhalben zu =;roß 3ind. Bei der Ableitung in Grev/ässer critt eine große Verachinutzung auf, so daß die letztere Mainahiae infolge der hierfür geltenden gesetzlichen Bestimmungen von selbst ausscheidet. Auch andere ähnliche Verfahren haben sich al3 unzweckmäßig erwiesen, da sie entweder zu aufwendig und kostspielig oder nur für kleinere Mengen verwendbar sind.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines einfachen Verfahrens und entsprechender Einrichtungen zur Durchführung deä

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Verfahrens aur Verbrennung von al& stark verdünnte wässerige Suspension anfallendem Ruß. Sie betrifft alle die Fälle, in denen das spezifische lewicht der Rußflocken kleiner als dae des .iaöjers iat, so da~ sie im Wasser nach oben steigen (aufrahmen). Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß man den sch.viia^ienaen dxxc als Schlamm in an sich bekannter Weise von der Kaaptuieiige des Wassers abtrennt, sodann diesen Schlamm jurcü ixJhrung Homogenisiert und erneut aufrahmen läßt, dae dabei erhaltene Konzentrat abzieht und filtriert, den Filterkuchen mitteiB heizer Jaae trocknet una zu feinkörnigem Ruß zermahlt, der nach fintzug uer noch annaftenden Brüden als brennfähigee Xrookengut der Vercreur.ung zugeführt wird. Zweckaäßig verwendet man f.<r die Irocicnung des Hußes Lei3e Rauchgase von Dampfkesselfeueru:;gen, reiche an entsprechender Stelle aus dem Feuerraum abgesaugt weraen.

Aus der nachfolgenden J3eSchreibung und der schematischen Darstellung gehen v/eitere Einzelheiten der Erfindung hervor. Die Schemaskizze zeigt die Konzentrierung des Rußschlamnee bis zur Eraielung eines Filterkuchens sowie die Weiterverarbeitung dieses Filter^aichens.

Die Rußsusoension (A) wird durch eine offene Rinne 1 geleitet und das aufgerahmte Rußkonzentrat mit Schabern 2 abgenommen, wobei die Verweilzeit der Suspension in der Rinne sich nach der. ' Aufnahmegeschwindigkeit richtet und so bemessen wird, daß eine ausreichende Klärung des Wassers (B) erreicht wird, das wieder

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zum Auswaschen von Huß verwendet wird. Normalerweise enthält

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dieses Wasser je m 20 bis 40g Huß.

Das Konzentrat (C) wird in einem Gefäß 3 aufgefangen. Der Hußgehalt dieses Konzentrats liegt bei exakter Einstellung der Schaber bei 4 bis 5 Gew.-^. Höhere Hußkonzentrationen lassen sich so nicht erzielen, was durch die Struktur der Rußteilchen bedingt ist. Offenbar bilden die Rußflocken ein Gerüst, welches das 20- bis 25-fache seines Gewichtes an Wasser einschließt.

Überraschenderweise kann aber eine weitere Erhöhung der Hußkonzeiitration durch eine Homogenisierung des Schlammes und erneutes Aufrahmenlassen erzielt werden. Zu diesem Zweck wird das RuiäKonzentrat im Gefäß 3 mittels eines Blattrührers 4 gerührt. Die hierdurch erzielte Homogenisierung reicht aus, um das Konzentrat pümpbar zu machen und mittels einer Kreiselpumpe 5, die bei normalem Betrieb mindestens das 20-fache der anfallenden Konzentratsienge in das Gefäß 3 zurückführt, im Kreis zu pumpen. Auf diese V/eise wird eine weitgehende Verflüssigung des Schaumes ' erzielt.

äs seilte sich, daß der homogenisierte Ruß erneut aufrahmt, wobei · Aufrahmgeschv/indigkeiten zwischen 0,2 und 1,0 mm/sec· gefunden 7/urden. jJieae Geschwindigkeiten liegen zwar erheblich unter den AufrahEgeso.winüigkeiten des Rußechlammee (A), was jedoch keine

öchwierigxceiten bedeutet, da auch die zu verarbeitend· Konzen-/' '

tratmenge (C) erheblich kleiner ist als die Menge der RuBauepen«.

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sion (A). Das homogenisierte Rußkonzentrat (D) wird einer v/eiteren Trennstufe zugeführt, die zweckmäßigerweise ebenfalls als offene Rinne 6 ausgebildet ist und der oben beschriebenen Hinne 1 völlig entspricht ο Lediglich in der Größe kann die Hinne 6 von der Kinne 1 abweichen; sie berechnet aich aus Zulaufmenge (D) und Aufrahmgeschwindigkeit. Im allgemeinen kann die zweite Rinne kleiner gehalten werden als die erste.

Das geklärte Wasser (E) enthält im allgemeinen weniger als 40 g Ruß pro m und kann in den Prozeß zur Herstellung der petrochemischen Grundstoffe zurückgeführt werden. Das angereicherte Rußkonzentrat (F) wird mittels Schabern 7 in den Behälter 8 befördert. Auf diese Weise werden Konzentrationen von 8 bis 9 Ί° erzielt. Der Behälter 8 ist mit Blattrührer 9 und Schlammpumpe 10, z.B. einer Monopumpe, ausgestattet. Außerdem besteht die Möglichkeit, Zusätze (G) in den Behälter 8 zu dosieren. Mit der Schlammpumpe 10 wird das Konzentrat (H) direkt in den Trog des Drehvakuumfiltera 11 gefördert.

Mit Hilfe des Drehvakuumfilters 11 wird der Rußschlamm in ein klares Filtrat (J) mit maximal 50 g Ruß pro m Wasser und einen Filterkuchen (K) mit 72 bis 78 # Wasser getrennt. Die Kapazität des Filters 11 ist bei Einhaltung der beschriebenen Verfahrensweise etwa doppelt so hoch wie bei Einsatz des Rußschlammes (D), wie er bei einmaligem Aufrahmen erzielt wird (TgI· Tabelle).

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die i'aoslle außerdem ^eigt, kann eins ".veib^re ^iI j tür. \z-3teigerung durch Zusatz von S¹loc.:ung3r..ittelri .-. J.ext v.erue:., obv/oiil nierdurch die Aufrahmge^j. .vinaigrzjit nij^c .9^u.';.'. Deainflußt wird.

Die filtration Kann auch durch die 2e^-er -^r 'aecj ..u_-ij:'-j.'.".er. Konzentrates (H) beeinflußt v/erden. Jei i'e^er^. .uren -in-:erh-j.ib 50 ⁰O sinket die i'ilterleistung merklich as uni -js -_;^.üht .jl'j:. der iVassergelialt des jj'ilterkuchena'&uf uLe> zu ^j ,->, vouurjh -Is V/eiterverarbeitung in einer Uahltrocknungsanlage uruaoglioh ge^sul wird, da ein solches Material nicht mehr stichfest iat und Förderanlage und ^ühleneingang verstop:

)ft.

Der filterkuchen v.-ird über einen Bunker 12 dur^h eine Kratzeraufgabe 13 und eine .Doppelpaddelschnecke 14 einer LIUhIe 1p zugeführt. In der Mühle erfolgt die Trocknung des zluchens und seine Zerkleinerung zu ieinkömigem Huis. Zur Trocknung könnsn im allgemeinen heiiJe Gase aus dem Verfahren selbst benutzt v/erdenj e3 hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, hierfür ϊιβΐώβ uauchgase der nachgeschalteten Dampfke3seifeuerung zu entnehmen, uie durch den Hauchgaskanal 16 aus dem Dampferzeuger 17 von der tlühle 15 angesaugt werden.

Von der Mühle gelangen die Brüden und der zerkleinerte Ruß zunächst in einen Zyklonabscheider 18, von v/o der ituß in den Fertiggutbunker 19 abgezogen wird, während die iruden über uie Brüdenleitung 20 mittels des Brüdengebläsee 21 in aen Jo

ca „jb^riert v.eren. Z.veckmäßig iat hierbei, daß zur vollständi gen -:ruJienato2:;eiaung jus dem zerkleinerten Kuß zusätzlich zum joi,ei;er 16 ein Tuchfilter 23 in der Jrüdenleitung 20

en . ird.

Der im -aoi: ilt,er k3 abgeschiedene Ruß vereinigt eich mit dem i\Uu- UU3 dem Z/Klonabscheider 18 im Fertiggut tmnker 19, von wo uiiMeIa aerf „uteilers 24 in Abstimmung mit dem Frischluftgebläse 25 a^e entsprechenden !!engen von orennfertigem nuß in den trenner 2υ aes Dampferzeugers 17 gefördert werden· Bei der Feuerunjjseir.richtung sind in an sich bekannter Weise Leitungen für »Sekundärluft 27 und lertiärluft 28 vorgesehen. Die Frischluft wird' in einem LuItVorwärmer 29 der im Rauchgaszug 30 vor ;1 angeordnet ist, aufgewärmt.

Von der irüaenleitung cC ,äeht zwischen, dem Zyklonabsoiieider 1b und dem !ualii'ilter 23 eine Leitung 32 unmittelbar sur Dampfkesselfeuerun^, in welcher Brüden zu den x"ertiarluftdi3en £^e~ k fördert werden. Auf diese ü'eise ist eine entsprechende Variante für die jieuerung des Damrfsrzeu_&ers 17 gegeben.

Eine weitere Variante besteht darin, daß unter üsigehui:^ des ?ertiggutbunkers I^ eine Leitung ^3 für unmittelbare uin^lasun^ ^.es brennfertigen zerkleinerten Kuiäes vergesehen ist. Diss betrifit den Fall, dai ohne Zwisclien'ounkerung und mit Uiiaiittelbarer Iiuiaufgabe in die Feuerung gearoeitet wird.

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Die» Temperaturregelung der Mühle 15 erfolgt durch eine regeltechnische Anordnung 34, wobei in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der !emperatur hinter der Mühle Kaltluft in den Hauchgaskanal 16 eingeführt wird. ,

Pas erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine einwandfreie Vernichtung des bei verschiedenen Verfahren als stark verdünnte Aufschlämmung in Wasser anfallenden Rußes ,unter Ausnutzung seines Heizwertes, wobei der Ruß zunächst in stichfestes Material übergeführt und als solches getrocknet und verbrannt wird.

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1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Aufbereitung stark verdünnter wässeriger Suspensionen von darin aufschwimmendem Ruß, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ruß als Schlamm von der Hauptraenge des Wassers abtrennt, sodann diesen Schlamm durch Rührung homogenisiert und erneut aufrahmen läßt, das dabei erhaltene Konzentrat abzieht und filtriert, den Filterkuchen mittels heißer G-ase trocknet und zu feinkörnigem Ruß zermahlt, der nach Entzug der noch anhaftenden Brüden als brennfähiges Trockengut der Verbrennung zugeführt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu filtrierenden Konzentrat Flockungsmittel zusetzt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2_f dadurch gekennzeichnet, daß man die Filtration bei Temperaturen oberhalb 50 0 durchführt.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man den Filterkuchen mittels heißer Rauchgase aus der Verbrennung des Rußes trocknet.

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   5ο Vorrichtung zur Durchfiüirung des Verfahrens gemäß Ansoruch 1, gekennzeichnet durch mit Schabern (2) ausgestattete offene Rinne (1,6) mit dazwischen geschaltetem Rühroenälter (3), uurch den der dia Rinne (1) verlassende dchlc;axa mittels einer Pumpe (p) in die Itinne (6) geführt wird, sir.en der Kinne (6) nachgeschalteten Rühroehälter (ei), aus' aem das xiußkonzentrat mittels einer Pumpe (10) dem tfiiüer (11) za^- fuhrt wird, einen Junker (12) für die Aufnahme deo Ji¹IIt ericuchens, Organe (13» H) für aie förderung des rilterKuchens aus dem Bunker (12) in die li'.üile (15) zur Trocknung una Zerkleinerung des ji'ilterkuchans und einer Dampfkesselfeuerung (17) für die Verbrennung des trockenen Rußes.

   6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, gekennzeichnet durch einen Zyklonabscheider (18) hinter der Mühle (15) zur Abscheidung der Brüden, sowie einen üertiggutbunker (ISO zur Aufnahme de3 orennfähigen trockenen xiui3es mit einem am Austritt des Bunkers (19) befindlichen Zuteiler (24).

   7. iJinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Zyklonabscheider (18) ein !Tuchfilter (23) in der Brüdenleitung (20) vorgesehen ist zur vollständigen ßrüdenaoscheidung aus dem zerkleinerten Ruß,

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   Kinricihtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unu einem oder mehreren der folgenden, gekennzeichnet durch ein drüden^ebläae (21) hinter dem 'tuchfilter (23) zur förderung aer .;ruden in uen öohornstein (22).

   iiinricntun^ rar Jü-rchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, ^Kennzeichnet durch -ine Leitung (33) hinter dem ZyKlonabscheider (iö) zur"
   uimittelcaren iiinula^ung des bi*ennferti..;en ku£es in den
   -ι·«.. 3r (26) uer x»amuf.<.e3selfeuerung (17).

   ^ zur Durohi'^.rung aes Vei'faLrens nach Anspruch 1 α:ια einer, oier ^enreren aer folgenden, dadurch gekennzeichnet, Ua^ ~n a.i ö_jl üe_;:annter Weine eine Anlage (34) zur Regelung aer χβπκ ,;r„.tui· in der Laihle vorgisehen ist·