-
nVerfahren zur Begenerierung von verbrauchter Aktivkohle in Pulvertormw
Die Regenerierung von verbrauchtem ganadeorbierendem Kohlegranulat ist an sich eine
bekannte Maßnahme, welche eine wichtige Rolle bei jedem industriellen Beinigungssystem
spielt. Bei dem üblichen Verfahren wird der verbrauchte Kohlenstoff erhitzt, um
no die adeorbierten Oase und Dämpte auszutreiben und die
ursprüngliche Aktivität
der Kohlenstoffobertläche wieder herzustellen. Noch üblicher iht en jedoch, die
adeorbierten Verunreinigungen mittels einen denorbierend wirkenden Oasen, wie Wasserdampf,
zu verdrängen. Diese zuletzt genannte Behandlung5weise wird im allgemeinen an Ort
und Stelle durchgeführt, ohne da£ dar Kohlenstoff aus seinem Bett oder dem Behandlungsturm
entfernt wird, und zwar geinU einem
vorher festgelegten cyclischen
Arbeitorhythmus. Tatsächlich sind Adeorptionabetten aus Aktivkohle seit über
30 Jahren in Betrieb, welche unter Verwendung -von Wasserdampf regenerlert
worden.
-
En gibt jedoch kein allgemein anwendbaree Verfahren im industriellen
Maßstab" um verbrauchte Aktiirkehle, welche in Pulverform vorliegt, zuregenerleren.
Fein zerteilte Aktivkohle oder Ruß ist jedoch d4a zum Enttärben und Deaodorieren
von Flüssigkeiten an meisten angewendete Adeorbens. Die durch solch@ KohlepÜlver
aufgencmmenen Adeorbate stellen im allgemeinen komplexe groß» Moleküle mit hohem
Molokulargewicht dar, welche sich nicht leicht von der Kohlenntoffunterlage verdrängen
lassen. Diese Adeorbate können daher nicht in gleicher Weite entfernt worden, indem
man Wanserdampt durch die Betten des verbrauchten Rußpulvern hindurchleitet» wie
es zum Austreiben gastörmiger Verunreinigungen aus verbrauchten Aktivkohlen
üblich ist,0 die Oase adeorbiert haben. Die bekannte Behandlungeweise Ist nicht
nur unzureichend, um eine wirksame Regenerierung zu ersielen,nondern der verwendete
Dampf führt auch beträchtliche Mengen den KohlepUlVern aUs dem Behandlungsturm
oder Behandlungsbett mit, no daß das ragenqrierte Produke nur in niedrigen Ausbeuten
wiedergewonnen wird.
Um sole h » e wirtschaftlich untragbaren
Verluste zu vermeiden, müßten hohe Kapitalkosten für die Erstellung von kostspieligen
Spezialanlagen aufgewendet werden. Unter diesen Umständen bestand bisher der einzige
Ausweg darin, die verbrauchte Aktivkohle in Pulverform gänzlich zu verwerfen oder
für Heizzwecke zu verbrennen und es erschien nicht möglich-, diesen verbrauchte
Kohlepulver in wirksamer Weise zu regenerieren. Eine solche Verschwendung wurde
in der Praxis nur deshalb geduldet, weil kein befriedigend durchführbarer und wirtschaftlich
tragbarer Weg für die Regenerierung solcher verbrauchter Kohlepulver bekannt
war.
-
Die wirtichaftlichen Voraussetzungen beginnen sich jedoch jetzt sehr
schnell zu verändern4 Außer für die schon bisher üblichen Verwendungszwecke bei
der Zuckerriffinierung und der Bierherstellung wird jetzt die Anwendbarkeit von
Aktivkohle in Pulverform für die Wasserreinigung und die-Abwatiseraurbereitung und
für die Kontrolle der Gewässerverneuchung eingehend untersucht. Da für diese neuen
Anwendungszwecke große Mengen von Aktivkohle in Pulverform benötigt werden wOrden,
besteht ein dringender Bedarf nach einem praktisch durchführbaren und'wirtschaftlich
tragbarärt Regenerierungsverfahren.
| Das erfindungegemäße Verfahren zur Regenerierung von |
| verbrauchter Aktivkohle in Pulvertom ist dadurch |
| &#kennzeichnet" da& das Xohlepulver in einen aktivikrend |
| wirkenden Trägergas diaporgiert wird, da& diene Die;- |
| porsion während einen Zeitraumen von weniger als
1 Sek. |
| bis etwa 5 Sek. auf einerTemperatur im B @reich von
etwa |
| 732 - 955 OC gehalten-wirdi wobei das Verhältnis vcm |
| Oovieht-der verbrauchten Kohlepulverteilchen zum Volu- |
| men deo4*Tragergasen etwa 1,602 g/m3 bis 1
602 &/m3 be- |
| trägt #und daß diene Dierersion anschließend abgekühlt |
| und das regenerierte'Kohlepulver gesamelt wird. |
| Bei der praktischen DurchfUhrung den erfindungegeifflen |
| Verfahrens wird eine Diapersion den verbrauchten -Zohlt- |
| pulver» in ein« aktivierend wirkenden Trägersaß auf |
| Aktivierungstefflraturen erhitzt. Za allgemeinen führt |
| »n diene Behandlung während eines ZeitrauilUts
von |
| Weniger,ils 1 Sek. bin etwa Sek. bei einer Togera- |
| tur In Bereich von etwä 732 9550C unter Verwe
I ndung |
| eines Itragergateb durch, welebes Dumt und/oder Xoh- |
| lendioXyd enthält. Das VorhIltnis von Oewieht der |
| verbmchten Kohlepulverteilohen zum Volü»n den |
| Trägergäsee wird dabei etwa im Bereich von 1.602 g/»3 |
| bin 1 602 g/m3 gehalten. Oemäß einer bevor'zugten',
Aus- |
| führunasform den erfindungügezUen Verfahrens ver- |
| wendet man Wasserdampf als aktivierend-Wirkindes Gari |
bei einer BeladUng von etwa 16902 8/03 an Postatoften$ bei einer
Temperatur von etwa 815 OC und einer Verweilzeit bis o"twa 4 Sek.* Das regenerierte
Kohlepulver wird dann einer Abkühlsone zugeleittt Und dort für die Wiedervervondung-
gesamelt. Augenscheinlich worden die adeorbierten' Verunreinigungen durch die kombinierte
Einwirkung von Dugt und Hitze &gesetzt» wodurch 'a#eichzeitia die aktive Oberfläche
den vorbrauchten ZohlepulWern wiederhergestellt wird. Die bisherigen Beobachtungen
deuten darauf hin, da£ die adoorbierten Verunreinigungen eine Pyrolyea erleiden
und dadurch gleichzeitig in adeorbierend wirkenden Material tm4g*wandelt werden
, so daß die GesaxtMänge an regentriert« Kohlenstoff dadurch vergrößert wird*
Ind« mm darauf achtet" die mechanischen Verluste auf einem Minimum zu halten" läßt
nioh daher die Nen-Co de* ln4gen«t wiedergewennenen Koblepulvers tatsiehlich gegenüber
der
Menge den eingesetzten verbrauchtun Naterials ver#pößern,* Der erfindungegemäß
ersielte Fortschritt besteht nicht ,nur darin._daß ein mit niedrigen Kosten durohtUhrbares
Verfahren zur ReSenerier M von verbrauchter Aktivkohle in Pulviertorm zur VorfUgung
gestellt wird, nondern daß gleichzeitig die Möglichkeit besteht, die aufgenommeinen
Wrunreinigimgen auf sichere Art und
Weine zu beseitigen,
indem
sie in wertvollen und wiederbenutzbares Material umgewandelt werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der überraschenden Festetellungg
daß.sioh da& Adeorptionsvermögen den verbrauchten Kohlepulvern innerhalb
weniger Sekunden oder in noch kürzerem Zeitraum nach dem Inberührungbringen mit
den aktivierend wirkenden Gasmedium vollständig wiederherstellen läßt. Viesen unerwartete*Verhalten
ermöglicht es, die Regenerlerungebehandlung mit sehr niedrigen Kosten In Induatriellen
Anlagen von äußerster Einfachheit durchzuführen. Beispielsweise kann man eine Dispersion
des verbrauchten Xohltpulvere In Dampf &la Trigernadium bei der
ge-
wünschten Temperatur durch eine beheizte Zone leiten, wo das Kohlepulver
Innerhalb eines Zeitraumen von etwa 1 --5 Sek. regeneriert wird.Die verbrauchten
Kohlepulverteilchen werden dem einen Hohrände zugeleitet und traten aus
dem anderen Rohrende als regenerierte Kohleteilchen wieder Äus. Für alle
praktisch in Betracht komendenZweckt findet die Regenerierung der verbrauchten-Xohleteilchen
praktisch sofort beim Inbarührungbringen mit dem erhitzten, Trägerdampf statt.
Die
hier verwendeten Ausdrücke Dispersion, dispergierte Phase und Tranaportsystem werden
synonym verwendet und haben jeweils die Bedeutung einer Suspennion der Kohleteilchen,
welche zusammen mit dem Trägergas fortbewegt wird. Ein solches Tranaportsystem muß
von einer Wirbelschicht oder einem Arbeiten unter fluidisierenden Bedingungen unterschieden
werden, bei welchem die Teilchen durch den Durchfluß eines fluidizierend wirkenden
Oasen, welches im Gegenntrom-zu den Teilchen fließt, in Suspension gehalten werden.
In einem Wirbelbett verbleiben die sixspendierten Teilchen am unteren Ende des Reaktors,
während die fluidinierenden Oase durch das Bett hindurchgehen und diesen am anderen
Ende verlassen. Die Teilchen müssen dabei eine ausreichende Schwert aufweisen, so
daß sie nicht mit dem fluidisierenden Gas tortgetragen worden. Im Gegensatz hierzu
worden die Teilchen bei einem Transportsystem oder in einer Diapersionaphane immer
zusammen mit dem Gas ausgetragen. Falb die Teilchen ein unzureichendes Eigengewicht
haben, kann eine Wirbelechichtnicht aufrechterhalten werden, weil ein ständiger
Teilchenverlust mit den fluidizierenden Gasen eintritt.
-
Die erfindungegemäß zu behandelnden Kohlepulver be-
stehen aus
außerordentlich leichten flockigen Teilchen; deren Durchmesser kleiner ist als der
Maschenweite
eines US-Standardsieben mit 325 Maschen entspricht.
Sie können daher nicht in einer Wirbelschicht gehandhabt werden. Sie würden nämlich
in einer solchen Wirbeler.hicht sofort am Kopf den Reaktors ausgetragen wodurch
sich wirtschaftlich nicht tragbare hohe Verlnste ergeben würden. Bemerkenswerterweine
lassen sich jedoch solche Teilchen sehr wirksam in einem Transportsystem regenerieren,
welchen tür prak tische Zwecke Soeignete Abmessungen aufweist. Gerade
die Eige,nachaften den Kohlepulvers, welche bei der Aufrechterhaltung einer
Wirbelschicht zu so großen Schwierigkeiten führeng nämlich die feine Zerteilung
den Kohlenstoffeg und die Leichtigkeit» mit welcher diese Teilchen fortgetragen
verdeng lassen sich demgemUlm Rahmen der Erfindung mit Vorteil ausnutzen.
-
In einem Tranaportreaktorsystem, in weichem ein vorgegebener Feste-toff
In einem reagierenden, Gaamedium mittransportiert wird,*läßt sich das Fortschreiten
der erwünschten Reaktion durch die folgenden Faktoren regulieren:
1) Die Verweilzeit-des Paatotoffes In dem Reaktionsmedium; 2) die Temperatur
des- Reaktorsystemb;
3) die Menge des durch eine
Volumeneinheit des
Reaktorgasen mitgeführten 7,estatofftß; 4) die Zusammensetzung
des Reaktorgases und die Größe den an der Reaktion teilnehmenden postatoffen.
-
Bezüglich der für eine Wiederherstellung der ursprUnglichen Adeorptionefähigkeit
benötigten Vor-. weilzeit liegt die untere Grenze fUr Kohlepulver aus Teilchen.
». von denen 95 % kleiner sind, als einem 325-Matehensieb entspricht, bei
einem Behandlungszeitraum unterhalb 1 Sekunde. Da es jedoch in der
Praxis schwierig ist, Teile einer Sekunde zu messen, wird die geringste Verweilzsit
für praktische Zwecke als 1 Sekunde festgesetzt. Die amiaale.Verwellseit
rar solche Kohlepulvor bestimt sich durch die
in der Praxis noch-tragbare
Größe der Reaktoren und Anlagen und in dieser Hinsicht kann die obere Verweilseit
mit etwa 5 Sek. angenommen vorden.Oberhalb einer solchen Verweilzeit tritt
ein zu hoher Kohlenatottverbrauch auf und die Kohlenstoffnatrix selbst wird dabei
angegriffen" wobei sich größere Mengen an Asche bilden und das Adeorptionavormögen
leidet. In allgemeinen werden für die Wiederheretellung der ursprünglichen -0bLertlächenaktivität
umso längere Verweilzeit be-
nötigt, je größer die Teilchengröße ist.
Bei
grobgemahlenen Kohlenteilchen mit einer Teilchengröte entsprechend einem 6-Manehensieb
läßt sich die Behandlungszeit bis zu mehr als 60 Sek. ausdehnen, ehe nachteilige
Wirkungen beobachtet worden.
-
Für die vorstehend angegebenen Verweilzeiten worden die Behandlungetemperaturen
vorzugsweise im Bereich von 815 - 8T10C gewählt. Selbstverständlich kann
die Regenerierung auch innerhalb miterer Temperaturgrenten durchgeführt werden"
beispielsweise der vorstehend be-0 reite genannten Grenzen zwischen 732 und
955 C,1 jedoch
kann bei den niedrigerien Temperaturen die Verweilzeit
da= für praktioche-Anwendungezwecke und wegen der geometrischen Abmessungen
den Reaktors zu groß werden» während andererseite.zu hohe Temperaturen den
Nachteil miteichbringen, daJI.die Verweilzeiten sorgfältig kontrolliert worden müssen,
um einen zu hohen Verbrauch der Kohlepulverteilchen zu vermeiden.-Die Beladung
den Trägergasea, mit den verbrauchten Kohlepulvertellehen beträgt etwa 1.9602
g/m 3 bis 1602 Z/m3, wobei ein bevorzugter Beladungewort bei etwa
16902 g/M3 liegt.Noch niedriger@ Beladungenahlen sind deshalb wirtaohaftlioh
nicht günatig» weil dann große Gaavolumina gehandhabt worden müssen..
Wenn
man dagegen die obere Grenze den Beladungsverteis überschreitet, so kann der Vorteil
einen hohen Verhältnisu.es von Aktivierungsgas zu Kohlepulverteilchen nicht mehr
voll ausgenutzt werden und eie dann erforderlichen kurzen Verweilzeiten können-sich
als unzureiehend erweisen, um die adaorbierende Oberfläche wieder vollständig
zu regenerieren.
-
Als aktivierend wirkenden Trägergan wird vorzugsweise Wasserdampf
und/oder Kohlendioxyd angewendet. Im allgemeinen wird daß verbrauchte Kohlepulver
in Form einer wäserigen Autschlämmung ausgetragen, welche dann mehr als ausreichend
Wasser aufweist" um den für eine Aktivierung und den Transport den Kohlepulvers
benötigten Wasserdampf zu liefern. Beispielsweise wird ein vorbrauchten Kohlepulver
in der Praxis aus einer Abwasserbehandlungsanlage in Form einer Aufschlämmung erhalten,
welche etwa 10 9 Kohlenstoff und 90 Wasse r enthält. Die Größe der
Kohlepulverteilchen ist nur dadurch be-
schränkt, daß sich die Teilchen auch
in der Praxis noch gut transportieren lassen müssen. Ein Teilchen mit einer Teilchengröße
entsprechend einem 6-Maschen--nieb läßt sichbieht-als Sunponsion bei einer Gasgeschwindigkeit
von 1.524 m/Sek. transportieren, während
die Gangeschiiindigkeit
tUr Teilchen mit einer GrÖße entsprechend einem 325-Maschensieb nut 0.3048 m/Sek.
zu betragen braucht. Die Teilchengröße wird daher nur durch das Volumen den zur
Vor M ung stehenden Trägerganes beschränkt, wobei die Gangeschwindigkeit in einem
vorgegebenen Reaktor eine Funktion des Volumens Istsund andererseits spielen
auch die Vorrichtungen eine Rolles die zur VerfUgung stehen" um die Teilchen aus
dem Trägerganstrom abzunaheiden und in regen@-rierter Form zu sammeln.
-
Das erfindungegemUo Verfahren wird durch die-beigefügte Schemmichnung
näher erläutert.
-
Der Fülltrichter 1 wird-mit einer 10 % verbrauchten
aktiven Kohlenstoff enthaltenden wiserigen Aufechlümnung besohlekt» welche direkt
aus dem Abfluß einer machabwannerreinigung etamt. Dient Autschlimmung wird
mittels Pumpe ä'durch den Wärmeaustauscher 3
geleitet. In-d« Wärmeaustausoher
3 wird die Tempe-
ratur der Aufschlämmung durch indirekte Beheizung
erhöhts wobei die indirekte Wärme von den Reakihnsprodukten stammt, die aus dem
Ofen 4 austreten.#
Die erhitzte Autschlämmung gelangt dann in den
Ofen 4, wo sie während der vorgesehenen Verweilzeit mit den aktivierenden Oasen
in Berührung steht. Die dabei ge-
bildeten Reaktionsprodukte, nämlich die
Gase und das regenerierte Kohlepulver, werden dann äem Wärmeaustauscher
3 zugeleitet, wo sie durch indirekten Wärmeaustausch das frische Ausgangomaterial
aufheizen und dabei selbst so weit abkUhlen, wie es aus baulichen Gründen
hinsichtlich der Staubtilterkammer 7 erforderlieh ist. Von dem Wärmeauatauscher
3 gelangen die Reaktionsprodukte dann zu dem Heißcyclon 8, wo etwa
80 % des regenerierten Kohlepulvers abgetrennt werden. Diese abgetrennten
Festatoffe gelangen Ober den Ab-
lauf den Cyclons 8 in den-Klaseifiziorungskonus
g.
-
Die Gase und mitgerissene Festatotte worden von dem Cyclon
8 der Staubfilterkammer 7 zugefUhrt. Die mitgerissenen Fentstoffe
gelangen vo.n dort gleichfalls in den Klaseifizierungekonue 9 und
das reine Gas wird der Verbrennungskamme.r 10-für die Verbrennung und/oder
zwecks Ausnutzung des Wärmeinhalten nach außen abge--führt. Die heißen Feutstotte
werden in dem Konun 9
klassifiziert, wobei sich die Ascheteilchen von
den Rußteilchen abtrennen undzder Ruß in einem Autschlbmtank 11 gesammelt
wird, von wo er wiederum zu der Abwasserbbhandlungezone gelangt.
Wenn
nachstehend Siebnummern mit einem vorgesetzten Minuszeichen angegeben worden, aobedeutet
das becüg-.lieh der Teilchenabmeaaungen, daß alle Teilchen entsprechend der Maschenweite
den Sieben durch ein solchen Sieb.dessen Nummer mit einem Minuszeichen angegeben
Ist, hindurchgehen.
-
Im nachstehenden wird das erfindungegemäße.Vortahren unter Verwendung
von Wasserdampf als aktivierenden Trägergas erläutert-. Selbstverständlich wird
die Regenerierung.entep rechend verringert, wenn außerdem ein nicht aktivierenden
Vordünnungsmittel vorhanden Ist.
Die nachatehenden Beispiele sind unter Verwendung
der in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Anlage durchgefUhrt worden.
| Beispiel Nr. 1 2 4 |
| Reaktionabedingungen |
| Temperatur 0 C |
| Geschwindigkeit den o.3o48 - 0960-Q-6 |
| Trägergases in m/see. |
| Art den Trägergasse Waseerda mpf |
| Belactung den Trägerganes |
| in ä/M 3 16902 |
| Verweilzeit der Festatoffe |
| in sec. 2-4 |
| ieip 2 |
| 3- |
| Z#fuhrgeschwindigkeit |
| der rostatoffq in kg je |
| Std. und je mc den Reaktor- |
| querschnittes 97s64 |
| Gew.-Verlunt an Postototfen |
| bei der Reaktion (bezogen |
| auf Trockengewicht) 16 % |
| Produ |
| --(bezogen auf Trockengewicht) |
| Teilchengröße 95 % bestehend aus |
| - 325-Maschenteilchen |
| Jodzahl 1) 615 625 615 1090 910 |
| e das Ausgangsmaterials 2) 3) |
| (bezogen auf Trockengewicht) |
| Teilchengröße 95 % bestehend aus |
| - 325-Maschenteilchen |
| Jodzahl 350 |
| Feuchtigkeitagehalt 30 % |
| 4) |
| Analyse-von unverbrauchtem RUß --- |
| Teilchengröße 95 % bestehend aus |
| - 325-Maschenteilchen |
| Jodzahl 700 |
| Feuchtigkeitagehalt Trocken |
| Reaktorabmenn 5) |
| Innendurchmesser den Reaktors 9"525 mm |
| Länge des Reaktors 121992 cm |
| Wiedergewinnungssyntem Wasser |
1) Die Jodzahl gibt die Anzahl Milligramme Jod'ani welche
durch
1,0 g Kohlenstoff aus einer
0,1 n-Jodlösung adsorbiert wird.,
2) Diesen Ausgangsmaterial enthält schätzungsweise etwa
30 Gew.-% adaorbierte
Verunreinigungen.
-
3) Diese Festatotte stammen, aus dem Abfluß einer Nachbehandlungsanlage
für die Abwasßerreinigung einer Gemeinde.
-
4) Im Handel erhältliche Aktivkohle, Handelsbezeichnung
AQUA NUCHAR.
-
5) Stahlrohr.
-
Aus den vorstehenden Zahlenwerten läßt sich entnehmen, d aß
die Aktivkohle zu mindestens etwa 90 % und in einigen Fällen bis zu etwa
150 % in bezug auf das ursprüngliche Adeorptionaver-mögen regeneriert worden
ist. Dieses verstärkte Adsorptionavermögen gibt'sich durch eine Jodzahl von.etwa
1000 zu erkennen.
Beispiel 6
Die Maßnahmen
von Beispiel 1 werden unter Verwendung von verbrauchter Aktivkohle wiederholt»
welche für die Reinigung von Zuckerlösungen eingesetzt worden war. Es worden
entsprechende Ergebnisse wie bei den Beispielen 1 5 erziAlt.
-
Leispiel 7
Die Maßnahmen von Beispiel 1 werden
unter Verwendung von verbrauchter Alttivkohle wiederholt, welche für die
Entfernung von Verunreinigungen aus Bier eingesetzt worden ist. Es werden
im allgemeinen die gleie chen Ergebniese wie bei den Beispielen 1 - 5 erzielt.