DE2533253C3

DE2533253C3 - Verfahren zur Reaktivierung von mit Verunreinigungen belandenen Aktivkohlen

Info

Publication number: DE2533253C3
Application number: DE2533253A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. 4300 Essen Karweil
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1968-07-26
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1981-11-12
Also published as: DE1792323B2; DE1792323A1; DE2533253B2; DE1792323C3; DE2533253A1

Description

Nach dem Patent 17 92 323 wird zur Reaktivierung von mit Verunreinigungen beladenen Aktivkohlen durch Behandlung derselben mit heißen kohlendioxid- und/oder wasserdampfhaltigen Fouerungsgasen bei Temperaturen zwischen 600 und 1200⁰C in einem Wirbelschichtreaktor die Temperatur des Treibgases durch dosierte Wasserdampf- oder Wasserzugabe konstant auf einer Temperatur dieses Bereichs gehalten und die Temperatur der Wirbelschicht durch Änderung der Zufuhr an zu reaktivierender Kohle im Bereich des Auslaufs aus dem Reaktor konstant auf eine unterhalb der Treibgastemperatur liegende Temperatur zwischen 600 und 1100⁰C eingestellt.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß das Verfahren nach dem Hauptpatent auch für Wirbelschichtreaktoren mit zwei oder mehr übereinander angeordneten Anströmböden Verwendung finden kann. Die Temperatur der Wirbelschichten wird in diesem Fall durch Änderung der Zufuhr an zu reaktivierender Aktivkohle in den obersten Anströmböden im Bereich des Auslaufs aus dem Reaktor oberhalb des untersten Anströmbodens konstant auf eine unterhalb der Treibgastemperatur liegende Temperatur zwischen 600 und 1100⁰C eingestellt. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise auch zweistufige Wirbelschichtreaktoren für die Reaktivierung verbrauchter Aktivkohlen, meist in einer Körnung zwischen 0,5 und 3 mm, beispielsweise von 0,5—1 mm oder 1 bis 3 mm, die bedingt durch die Art ihrer Anwendung sehr unterschiedliche, neben den eigentlichen Verunreinigungen auch flüssige Ballaststoffe wie beispielsweise Wassermengen enthalten, störungsfrei betreiben. Auch lOOGew.-Teile beladener, trockener Aktivkohle entfallen zwischen 10 und 120Gew.-Teile Wasser (entsprechend 10-120% Wasserbeladung). Sehr unterschiedlich ist auch der Verschmutzungsgrad sowohl im Hinblick auf Menge als auch Art der adsorbierten Stoffe. Damit die Kohle nur reaktiviert wird, & h, damit nur die Verunreinigungen aus den Poren entfernt werden und kein zusätzlicher, die Festigkeit beeinträchtigender Abbrand entsteht, müssen die Reaktionsbedingungen in der Wirbelschicht sehr genau dem jeweiligen Wassergehalt und Verschmutzungsgrad angepaßt werden.

Besondere Schwierigkeiten treten beim Stoff austausch in mehrstufigen Wirbelschichten auf. Normalerweise treten hier beträchtliche Schwankungen in der Qualität der Fertigprodukte auf. Der gute Stoffaustausch in einer Wirbelschicht und die geringe Füllung jeder Wirbelschicht in einem mehrstufigen Wirbelschichtreaktor stellen noch größere Anforderungen an die Temperaturführung und an die Verweilzeit als bei einem einstufigen Wirbelschichtreaktor.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, durch eine geeignete Betriebsweise des mehrstufigen Wirbelschichtreaktors bei hoher Durchsatzleistung aus mit Verunreinigungen beladenen Aktivkohlen ein Produkt zu erhalten, das bezüglich seiner Gleichmäßigkeit frisch hergestellten Aktivkohlen ebenbürtig ist

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst

Bei einem beispielsweise zweistufigen Wirbelschichtreaktor fließt die Kohle auf den oberen Anströmboden, gelangt durch einen Oberlauf auf den unteren Anströmboden und verläßt den Wirbelschichtreaktor durch einen Austragsmechanismus, beispielsweise ein Zellenrad, der auch füi die Druckabsperrung sorgt Die Feuerungsgase fließen zur Aufwirbelung der einzelnen Wirbelschichten im Gegenstrom dazu von unten nach oben.

Wegen des hohen Wasser- oder Flüssigkeitsgehaltes der beladenen Aktivkohle hat die dem Reaktor zugeführte Aktivkohle eine größere Dichte als die aus dem Reaktor abgezogene reaktivierte Kohle. Die der obersten Wirbelschicht zugeführte Aktivkohle benötigt deshalb eine größere Treibgasmenge als die aus der untersten Wirbelschicht abgezogene Aktivkohle. Man kann den Treibgasmangel für die obere Wirbelschicht, bzw. die oberen Wirbelschichten dadurch beheben, daß man in an sich bekannter Weise unterhalb der betreffenden Anströmböden Luft einbläst Auf diese Weise verbrennen gleichzeitig die aus den darunter liegenden Wirbelschichten entbundenen dampfförmigen und/oder gasförmigen Zersetzungsprodukte der Verunreinigungen. Mit dieser Maßnahme werden zwei zusätzliche Vorteile erzielt, einmal wird der Gehalt der Abgase an geruchsbelästigenden Stoffen vermindert, zum anderen wird durch diese Verbrennung Wärme erzeugt, die in den oberen Wirbelschichten ausgenutzt werden kann. Zur gleichmäßigen Verteilung wird die Luft durch Rohre eingeführt, die seitlich eine Vielzahl von Löchern haben. Die Luft kann, zumindest teilweise auch durch inertes Abgas des Wirbelschichtreaktors ersetzt werden.

Aus zwei Gründen kann es zweckmäßig sein, den Feuerungsraum mit einem Gasüberschuß bis zu 40%, vorzugsweise 20—30%, zu beaufschlagen. Zum einen wird die Zündung der Schmutzstoffe in der unteren Wirbelschicht durch den Gasüberschuß wesentlich c leichtert, zum anderen kann bei sehr hohen Wassergehalten der Aktivkohle von über 100% die Zusatzluftmenge in der unteren Wirbelschicht so weit erhöht werden, daß auch bei diesen ungünstigen Bedingungen

die zugeteilte Aktivkohle in der oberen Wirbelschicht zum Wirbeln gebracht werden kann. Feuerungsraum und untere Wirbelschicht zusammen müssen stöchiometrisch betrieben werden (Gas im Feuerungsraum und Schmutzstorfe in der unteren Wirbelschicht auf der einen Seite und Luft im Feuerungsraum und Zusatzluft über der unteren Wirbelschicht auf der anderen Seite).

Gegenüber der im Hauptpatent beschriebenen einstufigen Wirbelschicht hat die mehrstufige Wirbelschicht zusätzlich einen nicht erwarteten Vorteil gebracht

Die beladene Aktivkohle, die reaktiviert werden soll, enthält Fremdkörper der verschiedensten Art, beispielsweise in größerer Menge Kies aus der Stützschicht der Adsorptionsreaktoren sowie Salze und Oxide aus den mit der Aktivkohle zu reinigenden Flüssigkeiten. Diese Fremdkörper sind schwerer als die Kohle, sie setzen sich daher auf den Anströmböden der Wirbelschichten ab. Bei einer einstufigen Wirbelschicht ist dies besonders kritisch, da die Fremdkörper auf dem Anströmboden die Temperatur der Feuerungsgase, von beispielsweise etwa 800-1100¹¹C annehmen. Bei diesen Temperaturen erweichen die Fremdkörper oberflächlich und verbacken untereinander, aber auch mit dem Anströmboden. Sie können dann nur nach einer Demontage des Reaktors mit Hammer und Meißel entfernt werden.

Erhebliche Vorteile treten schon bei der Anwendung eines lediglich aus zwei Stufen bestehenden Wirbelschichtreaktors auf. Hier setzen sich diese Fremdkörper auf dem oberen Anströmboden ab, der nur zwischen etwa 200 und 700° C heiß ist. Bei dieser niedrigen Temperatur verbacken die Fremdkörper nicht, sondern lassen sich leicht durch eine seitliche Öffnung im Reaktormantel herauskratzen. Das kann unmittelbar -i? nach dem Abstellen des Reaktors geschehen und erfordert nur einen Aufwand von wenigen Minuten. Da sich in dieser kurzen Zeit der Reaktor kaum abkühlt, kann er nach der Reinigung sofor* wieder in Betrieb genommen werden. Zweckmäßigerweise kann auch für den unteren Anströmboden eine solche Reinigungsöffnung vorgesehen sein.

Der mehrstufige Wirbelschichtreaktor kann rund oder eckig sein. Anhand der Zeichnung, die einen Schnitt durch einen runden ausgemauerten Reaktor zeigt, sei die Erfindung näher beschrieben.

Durch den Brenner 1 treten Gas und Luft in den Feuerungsraum 2 ein, während durch das Rohr 3 das zum Abkühlen der Feuerungsgase notwendige Wasser zugeführt wird. Die heißen Gase durchströmen den Anströmboden 4 und die untere Wirbelschicht 5, dann den Anströmboden 6 und die obere Wirbelschicht 7. Sie treten durch den Abzug 8 als Abgas aus. Zwischen den beiden Wirbelschichten wird durch die Rohre 9 Luft eingeblasen.

Die beladene Aktivkohle fällt durch das Rohr 10 in die obere Wirbelschicht 7, durchfließt sie von links nach rechts und fällt durch das als Überlauf wirkende Rohr 11 in die untere Wirbelschicht 5. Das Rohr 11 taucht in die Wirbelschicht 5 ein, um einen direkten Durchbruch der w> Treibgase zu verhindern. Die reaktivierte Aktivkohle verläßt die untere Wirbelschicht 5 durch den Auslauf 12 über ein nicht gezeichnetes Zellenrad oder einen ähnlichen Austragsmechanismus.

Die Regelung der Wirbelschichttemperatur zwischen 600 und 1100°C über dem untersten Anströmboden 4 erfolgt nun in der Weise, daß über einen Temperaturfühler 13 die Temperatur der Aktivkohle im Bereich des Auslaufs 12 gemessen und an ein Regelorgan 14 gemeldet wird. Dieser Regler steuert dann die Menge des Zulaufs an beladener Aktivkohle durch das Rohr 10 durch ein Dosierorgan 15 in der Weise, dnß jeweils die gewünschte Temperatur in der untersten Wirbelschicht eingestellt wird.

Beispiel 1

Der Feuerungsraum eines zweistufigen Wirbelschichtreaktors mit 800 mm Durchmesser wird mit einem stöchiometrischen Brenngas-Luft-Gemisch aus 80 mVh Koksofengas und 320 mVh Luft beheizt Zur Abkühlung der Feuerungsgase werden 150 l/h Wasser zugegeben. Davon fließen 100 l/h in stetigem Strom und 50 l/h werden von einem Auf-Zu-Regler so gesteuer», daß die Temperatur der Feuerungsgase konstant bei 900° C bleibt Die Temperatur der Aktivkohle in der unteren Wirbelschicht wird in der Nähe des Auslaufs gemessen und durch einen Temperaturregler die Menge des Zulaufs an beladener Aktivkohle zur oberen Wirbelschicht so gesteuert, daß sie konstant auf 800° C gehalten wird. Unterhalb des oberen Anströmbodens werden 100m^J/h Luft in den Zwischenraum zwischen den beiden Wirbelschichten geblasen.

Die beladene Aktivkohle, die reaktiviert wurde, war zur Reinigung von industriellen Abwässern verwendet worden. Ihre Teilmengen waren wegen der Natur der Abwässer unterschiedlich verschmutzt Der Wassergehalt der beladenen Aktivkohle schwankte zwischen 40 und 50%, bezogen auf nasse Aktivkohle. Der Austrag an trockener reaktivierter Aktivkohle betrug 140 kg/h. Der auf dem oberen Anströmboden abgelagerte Kies aus den Adsorbern war locker und konnte ohne Schwierigkeiten mit einem Kratzer entfernt werden.

Beispiel 2

Der gleiche Reaktor wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 beschrieben zur Reaktivierung von beladener Aktivkohle benutzt, die zur Trinkwasserreinigung verwendet worden war. Es wurde lediglich die Temperatur am Auslauf der unteren Wirbelschicht auf 720° C eingestellt Die Aktivkohle enthielt zwischen 40 und 50% Wasser, bezogen auf nasse Aktivkohle und war unterschiedlich verschmutzt. Es konnten 230 kg/h trockene, reaktivierte Aktivkohle erhalten werden.

Beispiel 3

Der Reaktor entsprechend Beispiel 1 und 2 wurde unter den dort angegebenen Bedingungen mit einer verunreinigten Aktivkohle beschickt, die in diesem Fall 50—60% Wasser enthielt. Durch einen Gasüberschuß von 25% im Feuerungsraum (Erhöhung von 80 auf 100 mVh) und durch Erhöhung der Zusatzluft von 100 auf 150 m³/h über der unteren Wirbelschicht konnte das Verfahren trotz des höheren Wassergehaltes störungsfrei mit gleicher Leistung betrieben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reaktivierung von mit Verunreinigungen beladenen Aktivkohlen durch Behandlung derselben mit heißen kohlendioxid- und/oder wasserdampfhaltigen Feuerungsgasen bei Temperaturen zwischen 600 und 1200⁰C in einem Wirbelschichtreaktor, bei dem die Temperatur des Treibgases durch dosierte Wasserdampf- oder Wasserzugabe konstant auf eine Temperatur dieses Bereiches gehalten und die Temperatur der Wirbelschicht durch Änderung der Zufuhr an zu reaktivierender Kohle im Bereich des Auslaufs aus dem Reaktor konstant auf eine unterhalb der Treibgastemperatur liegende Temperatur zwischen 600 und 1100⁰C eingestellt wird, nach Patent 17 92 323, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktivierungsverfahren bei Wirbelschichtreaktoren mit zwei oder mehr übereinander angeordneten Anströmböden verwendet wird, indem die Temperatur der Wirbelschichten durch Änderung der Zufuhr an zu reaktivierender Kohle zum obersten Anströmboden im Bereich des Auslaufs aus dem Reaktor über dem untersten Anströmboden auf eine unterhalb der Treibgastemperatur liegende Temperatur zwischen 600 und 1100° C eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerungsraum mit einem Gasüberschuß betrieben wird, der über der unteren Wirbelschicht mit Zusatzluft verbrannt wird.