DE2449841C3

DE2449841C3 - Verfahren zur Adsorption von Verbindungen aus einer Gas- oder Flüssigphase und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE2449841C3
Application number: DE19742449841
Authority: DE
Inventors: Jacques Raphael Chambly Oise Benzaria (Frankreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-22
Filing date: 1974-10-19
Publication date: 1979-08-09
Also published as: NL7413772A; GB1485274A; DE2449841B2; NL165662C; NL165662B; JPS524272B2; FR2248079A1; CH587673A5; BE821262A; JPS5078570A; DE2449841A1; FR2248079B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adsorption von Verbindungen aus einer Gas- oder Flüssigphase an Schichten aus aktivem Material, insbesondere an Wirbelschichten, halbfluidisierten Schichten oder Festbetten aus körnigem aktivem Material wie beispielsweise Aktivkohle, sowie den Ionenaustausch an Säulen aus körnigen oder kugelförmigen Harzen. Sie umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei üblichen Wirbelschichtreaktoren überführt die Gas- oder Flüssigphase, die mindestens eine der an der Reaktion beteiligten Verbindungen enthält und am Fuß des Reaktors eingeführt wird, die aus einer der an der Reaktion beteiligten Verbindungen oder aus dem Katalysator bestehenden Festkörper in die Wirbelschicht Diese Reaktoren sind meist röhrenförmig und der Durchmesser des senkrechten Rohres ist zumindest im aktiven Teil durch die Geschwindigkeit von Gas oder Flüssigkeit als Trägermedium im leer angenommenen Rohr bestimmt Liegt der Durchmesser fest wird die Höhe des Betts durch die gewünschte Kontaktzeit bestimmt Beispielsweise ist es bekannt daß zur Erzielung guter Fluidisation das Bett eine Hbhe zwischen einem und zwei Durchmessern des Rohres haben muß.

Es ist bereits bekannt, in Fällen, bei denen die Verweilzeit im Wirbelschichtreaktor so lang ist, daß die Höhe der Wirbelschicht den doppelten Durchmesser des Rohres übersteigt, entweder mehrere Betten des gleichen Typs, die sämtlich im wesentlichen die gleichen Charakteristiken haben, übereinander anzuordnen oder das einzige Bett mit Einbauten auszustatten, beispielsweise mit Kühlflächen, wie Rohren, die meist senkrecht zum Materialstromi in den Reaktor eingesetzt sind.

Der Fachmann weiß außerdem, daß die Adsorption flüssigfest oder gasförmigfest eine exotherme Erscheinung ist, daß beim Einsatz des Adsorptionsmittels in der Flüssigphase ein großes Adsorptionsvermögen an eire sehr große äußere Oberfläche und an die Polarität dieser Oberfläche: gebunden ist, und daß in der Adsorptionsphase eine Temperaturerhöhung stattfindet

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren verfügbar zu machen, mit dem die Adsorption an Wirbelschichten verbessert werden kann, aufbauend auf der Erkenntnis, daß bei der Adsorption praktisch augenblicklich Wärme frei wird, die durch etwa 80% der verfügbaren oder wirksamen Oberfläche des festen Adsorptionsmittels erzeugt wird.

to Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Adsorption von Verbindungen aus einer Gas- oder Flüssigphase an Schichten aus aktivem Material, das dadurch gekennzeichnet ist daß man die zu behandelnde Gas- oder Flüssigphase mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 50 m/h durch eine erste oder untere fluidisierte oder halbfluidisierte Schicht führt und daß man die aus der ersten Schicht austretende Gas- oder Flüssigphase durch eine zweite oder obere Schicht führt wobei die Strömungsgeschwindigkeit in der ersten Schicht größer ist als die in der zweiten Schicht und zwar bis zum zehnfachen, vorzugsweise vom fünffachen bis zehnfachen Wert

Das die Verbindungen aus der Gas- oder Flüssigphase adsorbierende aktive Material ist vorzugsweise im wesentlichen zu gleichen Teilen auf die erste Schicht und die zweite Schicht aufgeteilt doch kann jede andere, dem vorgesehenen Verwendungszweck angepaßte Vorteifung des aktiven Materials erfolgen.
Wie bereits erwähnt beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Gas- oder Flüssigphase durch die erste Schicht erfindungsgemäß 5 bis 50 m/h. Diese Werte können somit erheblich größer sein als die klassisch angewandten Strömungsgeschwindigkeiten in den üblichen Wirbelschichten, in denen die Fluidisationsgeschwindigkeit im Falle von Aktivkohle zwischen 10 und 15 m/h variiert

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei übereinander angeordnete und durch eine Dekantierzone voneinander getrennte Schichten eines festen Adsorptionsmittels, wobei das Verhältnis der Querschnittsfläche der ersten Schicht zu der der zweiten Schicht zwischen 1 :10 und 1 :4 beträgt Zweckmäßig ist die untere Schicht ein Wirbelbett und die obere

Schicht ein Festbett oder aufgelockert

Diese Vorrichtung kann erfindungsgemäß Schüttungen aus beliebigen geeigneten festen körnigen Materialien, beispielsweise mit Aktivkohle, Aluminiumoxid oder Adsorptionsharzen, gefüllt sein. Die Korngröße dieser Adsorptionsmittel ist zwar nicht entscheidend wichtig, doch hat das verwendete Material nie eine einheitliche Korngröße, vielmehr ist eine weite Korngrößenverteilung die häufigste Regel. Dem Fachmann ist aber bekannt daß bei den üblichen körnigen Adsorptionsmitteln der Durchmesser der feinsten Teilchen nicht kleiner als Vio des mittleren Durchmessers der Hauptmenge des feinteiligen Materials sein darf.

Die beiden Teile der Adsorbervorrichtung gemäß der Erfindung sind vorteilhaft über einen hydraulischen

wi Kegel oder einen hydraulischen Verschluß miteinander verbunden, vorzugsweise über einen hydraulischen Kegel mit einem Winkel von 60°, in dessen Innerem dreieckige Trennwände angeordnet sind, deren Basis dem Durchmesser der oberen Schicht entspricht und

"> deren Spitze in die untere Schicht ragt. Durch diese Anordnung kann die Fluidisation der beiden Schichten des Adsorbers aufeinander abgestimmt werden. Es können ebenso nur zwei Trennwände vorhanden sein,

wie auch eine größere Zahl möglich ist Mit vier Trennwänden wird beispielsweise eine gute Verteilung erzielt

Selbstverständlich ist die Vorrichtung .^ernäß der Erfindung mit den klassischen Bauteilen ausgestattet, die auch in den bekannten Wirbelsciwcht-Adsorbern vorhanden sind, nämlich einem Anströmboden, Mitteln für das Zuführen des Trägermediums, zur Aufgabe von frischem körnigem Material und zum Abziehen des gegebenenfalls zu regenerierenden Adsorptionsmittels, sowie mit Mitteln zum Überführen der Schüttung in den Wirbelschichtzustand, zum Umwälzen der zum Waschen oder zum Regenerieren dienenden Medien u. dgL

Eine Festlegung auf eine bestimmte Theorie ist nicht beabsichtigt, jedoch wird angenommen, daß die besondere und außergewöhnliche Wirksamkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung und der Vorrichtung zu seiner Durchführung bedingt ist durch die Ausbildung einer mit großer Geschwindigkeit ablaufenden ersten Adsorption, bei der bis zu 80% der wirksamen Oberfläche eines in der ersten Schicht vorhandenen körnigen Adsorptionsmittels zum Einsatz kommen, und einer mit geringerer Geschwindigkeit ablaufenden zweiten Adsorption in der zweiten, über der ersten Schicht angeordneten Schicht des körnigen Adsorptionsmittels.

In der Praxis wird in den meisten Fällen für die beiden Schichten das gleiche Adsorptionsmittel verwendet, jedoch ist es auch möglich, in der oberen Schicht ein Material zu verwenden, das sich in der Art und/oder in der mittleren Korngröße vom Adsorptionsmittel in der unteren Schicht unterscheidet

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen erläutert

F i g. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig.2 einen schematischen Schnitt durch die Gesamtanlage, d. h. durch die Vorrichtung einschließlich der Hilfseinrichtungen.

Die Kolonne 1 besteht aus dem Rohr 2 mit dem Querschnitt Sa und dem Rohr 3 mit dem Querschnitt Sa die über den hydraulischen Kegel 4 miteinander verbunden sind. Auf dem Anströmboden 5 ruht die Aktivkohle im unteren Rohr 2. Das zu behandelnde Medium wird bei 6 eingeführt und im Laufe der Adsorption durch Leitung 7 abgezogen.

Bei der in Fig.2 dargestellten Gesamtanlage wird der Kolonne 1 die zu behandelnde Gas- oder Flüssigphase aus der Vorlage 11 mit Hilfe der Pumpe 12 und der Leitung 6 zugeführt und nach der Behandlung am oberen Ende der Kolonne durch Leitung 7 abgezogen. Die Regenerierung des Adsorptionsmittels wird diskontinuierlich durchgeführt, beispielsweise in einem Wärmeregenrierofen, wobei das gesättigte Adsorptionsmittel durch Leitung 15 kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen wird, während frisches Adsorptionsmittel bei 16, aus der Regeneriervorrichtung 17 kommend, wieder aufgegeben wird. Der Regeneriervorrichtung 17 werden Wasserdampf und Reagenz durch Leitung 18, Wasser durch Leitung 19 und Luft durch Leitung 20 zugeführt Vom unteren Ende der Vorrichtung 17 werden u. a. die Produkte der Regenerierung abgezogen (21).

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Erfindungsgemäß wird eine zu reinigende Lösung von Nitrophenolen behandelt die pro Liter 6 g sekundäre Derivate enthält Der mit zwei Betten arbeitende Adsorber besteht aus einer Metallkolonne mit zwei übereinander angeordneten Bereichen, wobei der untere Teil eine Querschnittsfläche Sa von 10 cm² und der obere Teil eine Querschnittsfläche Sb von 50 cm²

ίο aufweist Die beiden Teile sind über einen hydraulischen Kegel miteinander verbunden. Als Adsorptionsmittel dient Aktivkohle mit einer mittleren Korngröße von 0,2 bis 3 mm. Das Volumen der Aktivkohle entspricht dem 3fachen Volumen des stündlichen Durchsatzes der zu bebändernden Lösung. Die Masse der Aktivkohle ist zu gleichen Teilen auf die untere Schicht und die obere Schicht aufgeteilt Die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung beträgt 10 bis 50 m/h im unteren Bett und 2 bis 6 m/h im oberen Bett Nach einmaligem Durchgang der Lösung der Nitrophenole durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird am Kopf der Adsorptionskolonne eine Lösung aufgefangen, die 0% Nitrophenole enthält

Beispiel 2

Erfindungsgemäß wird Bohrschmand behandelt dessen Trübung 40 Tropfen »mastic« entspricht und der Produkte wie Humussäure, Algen und Spuren von Ton enthält; die insgesamt vorhandenen organischen Stoffe entsprechen einem DCO-Wert von 20 mg/L Die

jo verwendete Adsorptionskolonne besteht aus einem Pyrexturm mit zwei übereinander angeordneten Bereichen, wobei der untere Teil eine Querschniitsfläche Sa von 50 cm² und der obere Teil eine Querschnittsfläche Sb von 250 cm² aufweist Die beiden Teile sind über einen mit einer Verteilervorrichtung ausgestatteten hydraulischen Kegel von 60° miteinander verbunden. Die untere Schicht hat eine Höhe von 4 m und die obere Schicht eine Höhe von 5 m. Als Adsorptionsmittel dient Aktivkohle mit einer Korngröße von 0,2 bis 3 mm, einer

Dichte von 0,470 und einer spezifischen Oberfläche von

1000 m²/g. Das Volumen der Kohle beträgt 1301, die

Strömungsgeschwindigkeit durch das untere Bett

40 m/h.

Das während der gesamten Dauer der Operation

■»> austretende, einer Perkolation von 26 m³ entsprechende Wasser hat nur noch eine Trübung von 1 Tropfen »mastic«, und die organischen Stoffe des Wassers sind am Ausgang des zweiten oder oberen Betts nicht mehr nachweisbar; gleichermaßen sind auch die Spuren des

ίο Tons entfernt

In den abgezogenen unteren Schichten, also in der verunreinigten Kohle, wird während des Waschens ein hoher Gehalt an Schlamm festgestellt dessen Gehalt an organischen Stoffen, gerechnet als Trockenextrakt mehr als 80% beträgt.

Beispiel 3

Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wird wiederholt, wobei jedoch zusätzlich dem Wasser 0,1%

W' eines Gemisches von Nitrophenolen und Detergentien zugesetzt werden. Während der gesamten Dauer des Versuchs, d. h. während eines Durchlaufs von 30 m³ des Geniisches, wird keine Spur von nitrierten Derivaten und Detergentien festgestellt. Das Wasser ist somit

'■ '■ ordnungsgemäß gereinigt worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Adsorption von Verbindungen aus einer Gas- oder Flüssigphase an Schichten aus aktivem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu behandelnde Gas- oder Flüssigphase mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 50 m/h durch eine erste oder untere fluidisierte oder halbfluidisierte Schicht führt, und daß man die aus der ersten Schicht austretende Gas- oder Flüssii;-phase durch eine zweite oder obere Schicht führt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit in der ersten Schicht größer ist als die in der zweiten Schicht, und zwar bis zum zehnfachen, vorzugsweise vom fünffachen bis zehnfachen Wert

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahremis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei übereinander angeordnete und durch eine Dekantierzone voneinander getrennte Schichten eines festen Adsorptionsmittels, wobei das Verhältnis dir Querschnittsfläche der ersten Schicht zu der der zweiten Schicht zwischen 1 :10 und 1 :4 beträgt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht ein Wirbelbett und die obere Schicht ein Festbett oder aufgelockert ist.