DE2506394A1

DE2506394A1 - Wirbelschichtreaktor zur thermischen regenerierung von beladenen aktivkohlen

Info

Publication number: DE2506394A1
Application number: DE19752506394
Authority: DE
Inventors: Guenther Ing Grad Gappa; Harald Prof Dipl Chem Juentgen; Juergen Dipl Phys Dr Rer Klein
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1975-02-15
Filing date: 1975-02-15
Publication date: 1976-08-26
Also published as: DE2506394B2; US4017422A; FI65714B; GB1502215A; SE7601642L; FI760341A; FI65714C; SE415706B; IT1053847B

Description

Wirbelschichtreaktor zur thermischen Regenerierung von beladenen Aktivkoblen Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelschichtreaktor zur thermischen Regenerierung von mit Abwasserinhaltsstoffen beladenen Aktivkohlen durch Erhitzen und Reaktion mit einem Vergasungsmittel, bestehend aus einem rechteckigen, langgestreckten Wirbelschichtreaktor, der mit quer zur Wanderrichtung der Aktivkohle in dem Wirbelschichtreaktor angeordneten Wänden mit Engstellen versehen ist.
Die thermische Regenerierung beladener Aktivkohle wird im allgemeinen in Etagen- oder Drehrohröfen durchgeführt, wobei die Aktivkohle den Regenerationsofen kontinuierlich durchläuft. Neben einer schonenden Behandlung der Aktivkohle müssen die Regenerationsöfen einen guten Wärme- und Stoffaustausch sowie ein enges Verweilzeitsprektrum ermöglichen. Eine wesentliche Verbesserung des bei Etagen- oder Drehrohröfen zu erreichenden Wärme- und Stoffübergangs ist durch die Verwendung eines Wirbelschichtofens möglich. Diese werden bereits großtechnisch zur Regenerierung von mit Trinkwasserinhaltsstoffen beladener Aktivkohle eingesetzt.
Es ist bekannt, die thermische Regenerierung in Wirbel schichtreaktoren mit mehreren übereinander angeordneten einzelnen Wirbelschichten durchzuführen, bei denen die zu regenerierende Aktivkohle und die Treibgase sowie die Vergasungsmittel im Gegenstrom geleitet werden. Die Aktivkohle durchläuft demnach diese mehrstufige Wirbelschicht kontinuierlich von oben nach unten. Neben den aufgezeigten Vorteilen hat nun die mehrstufige Wirbelschicht mehrere schwerwiegende Nachteile, z.B.
ein relativ großes Reaktionsvolumen und die Tatsache, daß die einzelnen Stufen durch Falleitungen miteinander verbunden sein müssen, durch die die Aktivkohle nach Überwinden eines Überlaufwehres in die nächst tiefere Stufe gelangt (DT-PS 951 864).
Es ist weiter bekannt, in einem rechteckigen, langgestreckten Wirbelschichtreaktor auf dem Anströmboden quer zur Strömungsrichtung der Feststoffe senkrechte Wände mit Engstellen anzuordnen. Diese Engstellen können auch durch Öffnungen in den senkrechten Trennwänden gebildet werden. Hierdurch soll eine gleichmäßige Behandlung der einzelnen Feststoffteilchen, beispielsweise bei der Aktivierung von kohlenstoffhaltigen Stoffen mit Wasserdampf oder Aktivierungsgasen bei Rotgluttemperatur erzielt werden (DT-PS 971 417). Derartige Konstruktionen haben sich jedoch im Betrieb für die Aktivkohle-Regenerierung nicht bewährt, weil ein Teil der Aktivkohle-Teilchen überaktiviert wird und dadurch einen Aktivkohle-Verlust verursacht.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der mehrstufigen Wirbelschicht, das Verweiltzeitspektrum in einer ein- bzw. zweistufigen Wirbelschicht so zu verbessern, daß gleichzeitig die Adsorptionsfähigkeit der frischen Aktivkohle wiedergewonnen und der Verlust an Aktivkohle unter 3 % pro Regenerierung gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem langgestreckten Wirbelschichtreaktor, bei dem das Verhältnis der Länge zur Breite größer als 2 ist, zwischen 2 und 10 bewegliche, von oben eingeführte Eintauchwehre angeordnet sind und gegebenenfalls dieser Reaktor mit einem zu ersterem übergeordneten langgestreckten Reaktor mit einem oder mehreren Eintauchwehren verbunden ist, aus dem die Aktivkohle mittels eines tberlaufwehrs in den darunter liegenden Reaktor geführt wird, und wobei der Gasraum über dem Einlauf der Aktivkohle in den Reaktor durch eine separate Gashaube vom übrigen Gasraum abgetrennt ist, die an eine Kondensationsanlage angeschlossen ist, während der restliche Gasraum durch eine separate Gashaube mit einer Nachverbrennungsanlage in Verbindung steht.
Der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor ist bedeutend einfacher konstruiert als ein mehrstufiger Wirbelschichtreaktor mit mehreren übereinander angeordneten Anströmböden. Die Eintauchwehre sind in der Höhe verstellbar, so daß der Hauptvorteil der Erfindung darin besteht, daß eine Anpassung der Aufenthaltszeit der Aktivkohle an die durch änderungen in Art oder Konzentration der adsorbierten Abwasserinhaltsstoffe erforderlich werdende Änderung des Betriebszustandes möglich ist. Die Eintauchtiefe der Eintauchwehre beträgt zwischen 40 und 80 % der Aktivkohlefüllhöhe im Wirbelschichtreaktor. Die Eintauchtiefe soll hierbei zum Aktivkohleauslauf hin zunehmen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Regenerierung in einem ein- oder zweistufigen Wirbelschichtreaktor durchgeführt werden kann, wobei eine Produktqualität und eine Ausbeute erhalten wird, die früher nur durch die Verwendung vielstufiger Wirbelbettreaktoren möglich war. Mit Hilfe der verstellbaren Eintauchwehre gelingt es nämlich, den Stostrom von der Aktivkohleaufgabe zum Aktivkohleauslauf so zu beeinflussenX daß eine sehr gleichmäßige Aufenthaltszeit der Aktivkohle in dem Wirbelschichtreaktor erzielt wird. Als Folge der vergleichmäßigten Aufenthaltszeit zeichnet sich die regenerierte Aktivkohle durch einen nahezu einheitlichen Aktivierungszustand aller Aktivkohle-Teilchen aus, was an der Adsorptionsleistung erkenntlich ist. Weiterhin ist infolge der einheitlichen Aufenthaltszeit der einzelnen Teilchen auch die Ausbeute bei der Regenerierung sehr hoch, so daß der Verlust pro Regenerierung im allgemeinen unterhalb 3 % liegt.
Ferner bleibt durch den einheitlichen Reaktivierungsgrad das Kornspektrum der frischen Aktivkohle erhalten, so daß die regenerierte Aktivkohle das gleiche mittlere Schüttgewicht aufweist wie die frische Aktivkohle. Somit läßt sich die Einstellung des Schüttgewichtes im Verlaufe der Regenerierung auf das der frischen Aktivkohle als Maß für die erforderliche Verweilzeit, bzw. die einzustellende Regenerierungstemperatur benutzen.
4 .F Die Schichthöhe der Aktivkohleschüttung soll maximal d, u betragen, wobei F die Querschnittsfläche der Kammer und u ihr Umfang ist. Die Aktivkohle liegt in der Regel auf einer 20 bis 100 mm hohen Schicht aus Quarzsand oder Korundpebbles der Körnung 1 bis 2 mm, durch die eine Verbesserung des Wirbelverhaltens der Aktivkohle erzielt wird. Die Wirbelschichthöhe selbst kann durch ein Überlaufwehr eingestellt werden.
Der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor sowie seine Arbeitsweise sei anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht des Wirbelschichtreaktors in einem Längsschnitt; Fig. 2 eine Aufsicht auf diesen Wirbelschichtreaktor; Fig. 3 eine schematische Gesamtansicht des doppelstöckigen Wirbelschichtreaktors in einem Längsschnitt und Fig. 4 eine Aufsicht auf den Reaktor geäß der Fig. 3.
Nach Fig. 1 wird die nasse zu regenerierende Aktivkohle über das Zulaufrohr 1 einem Wirbelschichtreaktor 2 zugeführt. Das Zulaufrohr 1 ist mit einem feststehenden konischen Einbau 3 versehen, durch den die beladene Aktivkohle gleichmäßig verteilt in die Wirbelschicht 4 gelangt. Auf dem Anströmboden 5 kann sich eine Schicht aus Quarzsand oder Korundpebbels zur Verbesserung des Wirbelverhaltens der darauf liegenden Aktivkohleschüttung befinden.
Die Wirbelschichthöhe und damit das im Wirbelschichtreaktor befindliche Aktivkohlevolumen kann durch die Höhenverstellung des überlaufwehrs 8 eingestellt werden. Uber die Länge des Wirbelschichtreaktors 2 verteilt, unterbinden Eintauchwehre 6 den direkten Wey der Aktivkohle in der Wirbelschicht 4 zum Aktivkohleauslauf 7 hin. Die Eintauchwehre 6 sind in einem Mindestabstand, der der Aktivkohlefüllhöhe entsprechen sollte, mit zunehmender Eintauchtiefe zum Aktivkohleauslauf 7 hin in die Wirbelschicht 4 eingeführt. Die regenerierte Aktivkohle wird in einem Behälter 9, der gleichzeitig als Gassperre dient, direkt mit Wasser gekühlt.
Die benetzte Aktivkohle kann darauf unmittelbar hydraulisch zu einem Adsorptionsreaktor gefördert werden.
Die Abgase aus der ersten Kammer bis zum ersten Eintauchwehr 6 in der Wanderrichtung der zu regenerierenden Aktivkohle werden durch die Gashaube 16 zur Kondensation abgeführt, während die Abgase der restlichen Kammern bis zum Überlaufwehr 8 durch die Gashaube 17 einer Nachverbrennung zugeführt werden.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen einstufigen Wirbel schichtreaktors verläuft beispielsweise wie folgt: 3 Für die Reinigung von 30 m /h Kokereiabwasser mit einem TOC-Gehalt von 1200 mg/l (TOC = gesamter organischer Kohlenstoff) werden 0,4 m3/h Aktivkohle benötigt. Steigt nun der TOC-Gehalt auf 1800 mg/l 3 erhöht sich der Aktivkohlebedarf auf 0,55 m /h.
Die Regenerierung der mit Abwasserinhaltsstoffen beladenen Aktivkohle erfolgt in einem Wirbelschichtreaktor von 2,8 m Länge und 0,7 m Breite. über die Länge des Wirbelschichtreaktors sind 3 Eintauchwehre in einem Abstand von 0,7 m angeordnet, deren Eintauchtiefe von der Aktivkohleaufgabe zum -auslauf hin zwischen 0,1 bis 0,36 m variiert werden kann. Die Überlaufwehrhöhe ist zwischen 0 und 0,45 m stufenlos verstellbar. Es wird z.B.
auf 0,33 m eingestellt. Wird nun die Regenerierung bei einer 0 Temperatur im Segment des Aktivkohleauslaufs von 820 C und einer mittleren Verweilzeit von 30 min, bezogen auf die eingegebene Menge, ohne Eintauchwehre gefahren, so beträgt der Aktivkohleverlust 15 %. Verwendet man die drei Eintauchwehre und stellt deren Eintauchtiefen so ein, daß die des ersten Eintauchwehres, vom Einlauf aus gezählt, 40 %, die des zweiten 60 % und die des dritten vor dem Aktivkohleauslauf 80 % der Aktivkohleschichthöhe beträgt, d.h., sie tauchen 0,13 ml, 0,20 mr. und 0,26 m ein, so wird der Verlust bei sonst gleichen Bedingungen auf 2,6 % pro Regenerierung gesenkt. Bei 3 Erhöhung des Aktivkohledurchsatzes von 0,4 auf 0,55 m3/h muß die Höhe des Überlaufwehres von 0,33 m auf 0,45 m verstellt und die Eintauchtiefe der Eintauchwehre entsprechend den prozentualen Werten verändert werden, um den Verlust auf dem niedrigen Wert von 2X5 % zu halten. Erhöht man bei dem größeren Durchsatz die Höhe des Überlaufwehres nicht, so ergibt sich eine kürzere Verweilzeit von 22 min, die zur Erzielung eines ausreichenden Reaktivierungsgrades durch eine Erhöhung der Temperatur im Segment des Aktivkohleauslaufes auf 0 860 C kompensiert werden muß. In diesem Fall ergibt sich ein Aktivkohleverlust von ca. 2,8 % pro Regenerierung. Die regenerierte Aktivkohle weist die gleiche Adsorptionsleistung für das zu reinigende Kokereiwasser auf wie die frische Aktivkohle.
Die Gasmenge in der ersten Kammer beträgt ca. 900 mn/h und enthält bei einem Phenol gehalt des behandelten Abwassers von 1000 mg/l ca. 20 kg/h Phenol, das in einer hier nicht beschriebenen Anlage zur fraktionierten Kondensation rückgewonnen wird. Die restliche Gasmenge von 1800 m3/h wird der Nachverbrennung zugeführt.
Nach Fig. 3 ist über der beschriebenen Wirbelkammer im Wirbelschichtreaktor 2 eine zweite Wirbelkammer 4 angeordnet. Die nasse zu regenerierende Aktivkohle wird über das Zulaufrohr 1 und den konischen Einbau 3 zunächst in die obere Wirbelschicht 11 des Wirbelschichtreaktors 2 eingeführt. Sie läuft nach Passieren des Eintauchwehres 12 und des verstellbaren Überlaufwehres 13 durch die Falleitung 14 in die Wirbelschicht 4, wo der weitere Weg der Akiivkohle, wie bei Fig. 1 beschrieben, erfolgt. Auf diese Weise werden die Desorptionszone und die Reaktivierungszone voneinander getrennt. Die Wirbel gase werden in der Brennkammer 15 erzeugt. Sie durchströmen zunächst den Anströmboden 5 und die Wirbelschicht 41 dann den Anströmboden 10 und die Wirbelschicht 11. Auch hier werden die Abgase durch die Gashaube 16 zur Kondensation und durch die Gashaube 17 einer Nachverbrennung zugeführt.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen zweistufigen Wirbelschichtreaktors verläuft beispielsweise wie folgt: Für die Reinigung des im Beispiel 1 beschriebenen Kokereiabwassers wird die Abwasserreinigungsanlage durch eine übergeordnete Wirbelkammer von 1,35 m Länge und 0,55 m Breite ergänzt. Die Höhe des Überlaufwehrs bzw. der Aktivkohleschicht beträgt 0,10 m und das Eintauchwehr taucht 0,06 m in diese Wirbelschicht ein. Bei der aufgegebenen Aktivkohlemenge von 0,4 m3/h beträgt die mittlere Verweilzeit der Aktivkohle in der oberen Wirbelschicht (Desorptionszone) 12 min. Die untere Wirbelschicht (Reaktivierungszone) hat eine Länge von 2,0 m und eine Breite von 0,55 m. Die Höhe des Überlaufwehrs ist auf 0,11 m eingestellt; damit ergibt sich in der unteren Wirbelschicht eine Verweilzeit von 18 min. In der unteren Wirbelschicht sind 3 Eintauchwehre in einem Abstand von 0,5 m angeordnet. Ihre Eintauchtiefe beträgt vom Einlauf der Aktivkohlebeginnend 40 %, 60 % und 80 % der Aktivkohleschichthöhe, d.h.
sie tauchen 0,04 m, 0,07 m und 0,09 m ein. Die benötigte 3 Wirbelgasmenge beträgt 1500 mn/h. Die Gastemperatur wird so eingestellt, daß die Temperatur in der Reaktivierungszone 0 im Mittel 820 C beträgt. Nach Passieren dieser Zone wird das Abgas durch Verdüsen von Wasser soweit abgekühlt, daß die Temperatur der Desorptionszone im Segment des Aktivkohleeintrages ca. 1800C, im Segment des Aktivkohleaustrages ca. 3500C beträgt. Das Abgas aus dem letztgenannten Segment (ca. 700 mn/h) n wird zu einer Kondensationsanlage geführt. Es enthält bei dem Phenol gehalt des behandetten Abwassers von 1000 mg/l ca.
35 kg/h Phenol, die zurückgewonnen werden. Die restliche Ab-3 gasmenge von 800 m3/h wird der Nachverbrennung zugeführt.
Der Aktivkohleverlust beträgt ca. 2,4 % und die regenerierte Aktivkohle weist die gleichen Adsorptionsleistungen auf wie die frische Aktivkohle.
Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche Wirbelschichtreaktor zur thermischen Regenerierung von mit Abwasserinhaltsstoffen beladenen Aktivkohlen durch Erhitzen und Reaktion mit einem Vergasungsmittel, bestehend aus einem rechteckigen langgestreckten Wirbelschichtreaktor, der mit quer zur Wanderrichtung der Aktivkohle in dem Wirbelschichtreaktor angeordneten-Wänden mit Engstellen versehen ist, dadurch gelennzeichnet, daß in dem Wirbelschichtreaktor, bei dem das Verhältnis der Länge zur Breite größer als 2 ist, zwischen 2 und 20 bewegliche, von oben eingeführte Eintauchwehre (6) angeordnet sind und gegebenenfalls dieser Reaktor mit einem zu ersterem übergeordneten, langgestreckten Reaktor mit einem oder mehreren Eintauchwehren (12) verbunden ist, aus dem die Aktivkohle mittels eines Überlaufwehres (13) in den darunter liegenden Reaktor geführt wird, und wobei der Gasraum über dem Einlauf der Aktivkohle in den Reaktor durch eine separate Gashaube (16) vom übrigen Gasraum abgetrennt ist, die an eine Kondensationsanlage angeschlossen ist, während der restliche Gasraum durch eine separate Gashaube (17) mit einer Nachverbrennungsanlage in Verbindung steht.
2) Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Eintauchwehre (6) zwischen 40 und 80 % der Aktivkohiefüllhöhe im Wirbelschichtreaktor beträgt.
3) Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Eintauchwehre (6) zum Aktivkohleauslauf t) hin zunimmt.