DE2621953B2

DE2621953B2 - Vorrichtung zum Kontaktieren von fließfähigen Stoffen mit Feststoffen

Info

Publication number: DE2621953B2
Application number: DE2621953A
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Nemoto; Hidemasa Tsuruta
Original assignee: Nittetsu Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Priority date: 1975-05-21
Filing date: 1976-05-18
Publication date: 1978-11-02
Also published as: JPS5436991B2; GB1538082A; FR2311582A1; DE2621953A1; US4062777A; DE2621953C3; JPS51136571A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kontaktieren von fließfähigen Stoffen mit Feststoffen, bestehend aus einem äußeren zylindrischen Mantel, einer innneren rohrförmigen Kammer, die innerhalb des äußeren Mantels unter Belassung eines Zwischenraumes zu diesem und koaxial zu dem Mantel ausgerichtet angeordnet ist und deren Innenraum einen Durchströmkanal für die fließfähigen Stoffe bildet, mindestens einem Trennglied, das sich rechtwinklig zur Achse in radialer Richtung zwischen der inneren Kammer und dem Mantel erstreckt, um den Zwischenraum in mehrere axial nebeneinander liegende Kontaktzonen oder -kammern zu unterteilen, und Mitteln zur Aufnahme der Feststoffe in den einzelnen Kontaktkammern.

Vorrichtungen dieser Art werden zur Adsorption und Desorption gasförmiger oder flüssiger Bestandteile an bzw. von festen Adsorptionsmitteln und für katalytische Reaktionen im Durchfluß und bei Regenerationsverfahren verwendet. ^b5

Es sind mehrere verschiedenartige Verfahren unter Verwendung von Festbetten, Wirbelschichtbetten oder Fließbetten zur Durchführung der Kontaktierung zwischen einem festen Stoff und einem fließfähigen Stoff (worunter hier gasförmige oder flüssige Stoffe, d. h. »Fluide« verstanden werden sollen) in Verbindung mit Adsorptions-, Desorptions-, katalytischen Reaktions- und Regenerationsverfahren bekannt, für die auch entsprechende Apparaturen für die industrielle Anwendung dieser Verfahren angegeben wurden. So werden beispielsweise in der US-PS 34 33 600 und US-PS 34 98 752 Vorrichtungen für exotherme katalytische Reaktionen beschrieben, in denen mehrere im wesentlichen horizontal verlaufende Feststoffbetten in einem zylindrischen Mantel übereinander angeordnet sind und sukzessiv von Prozeßfluiden durchlaufen werden. So besteht beispielsweise die in der US-PS 34 33 600 beschriebene Vorrichtung aus einem äußeren zylindrischen Mantel mit einer inneren rohrförmigen Kammer, die innerhalb des äußeren Mantels unter Belassung eines Zwischenraumes zu diesem angeordnet ist, der durch im wesentlichen horizontale Trennplatten in mehrere übereinander liegende Kontaktzonen unterteilt ist, wobei dies Kontaktzonen aufeinanderfolgend von der zu behandelnden Prozeßflüssigkeit durchlaufen werden. Durch die innere rohrförmige Kammer kann beispielsweise ein Fluid geleitet werden, das durch öffnungen in der Wandung der rohrförmigen Kammer in die einzelnen Kontaktzonen geleitet werden kann. Jedoch können die einzelnen Feststoffbetten immer nur sukzessiv von der Prozeßflüssigkeit durchlaufen werden. Auch in einem in der US-PS 35 33 754 beschriebenen Reaktionsturm mit übereinander angeordneten Feststoffbetten sind die einzelnen Betten strömungsmäßig so untereinander verbunden, daß sie als ein einziges Katalysatorbett angesehen werden können, so daß jeweils nur eine einzige Betriebsweise durchführbar ist.

Wenn es jedoch erforderlich ist, zwei verschiedene Betriebsweisen wie z. B. Adsorption und Desorption oder katalytische Reaktion und Regeneration gleichzeitig oder parallel zu kontinuierlichem Betrieb über eine längere Zeitdauer durchzuführen, müssen ähnliche Einheiten derartiger Vorrichtungen nebeneinander angeordnet werden, die dann abwechselnd oder nacheinander in Gebrauch genommen werden. Ferner ist es üblich, eine getrennte Apparatur für den Verfahrensschritt sekundärer Art oder für einen Verfahrensschritt, der nur eine relativ kurze Zeit in Anspruch nimmt, wie z. B. die Regeneration, zu verwenden und dann das regenerierte Feststoffmaterial zu dem Hauptverfahren zurückzuführen. Dabei ist es unvermeidlich, daß diese zusätzlichen Apparaturen den Betrieb verkomplizieren und dadurch die Kosten erhöhen.

Andererseits sind in letzter Zeit die Gas- und Flüssigkeitsmengen, die behandelt werden müssen, durch den Bau chemischer Großanlagen oder großindustrieller Druck- und Beschichtungsanlagen angestiegen und erfordern die Bereitstellung entsprechend großer Apparaturen zum Kontaktieren von fließfähigen Stoffen mit Feststoffen, die für die Adsorption oder bei anderen chemischen Reaktionsverfahren verwendet werden müssen. So wurden auch durch die strengeren Bestimmungen gegen Luftverschmutzung große Aktivkohle-Adsorptionsapparaturen in Großbetrieben, wie beispielsweise Druck- und Beschichtungswerkstätten, erforderlich, um die organischen Lösungsmittel, die in den Abgasen mitgeführt werden, durch Adsorption zu entfernen und aufzusammeln. Die notwendige Anschaffung von zusätzlichen Regenerationsapparaturen verteuerte die Prozesse entsprechend.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die gleichzeitig verschiedene Betriebsweisen, wie z. B. Adsorption und Regenerierung oder Reaktion und regenerative Reaktivierung innerhalb eines einheitlichen Kolonnenaufbaues gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Frfindung durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 beschrieben ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zusätzliche Mittel zu selektiven Einführen der fließfähigen Stoffe in weniger als alle der vorhandenen Teilkanäle vorgesehen. Dadurch wird es möglich, gleichzeitig verschiedene Betriebsweisen, wie z. B. Adsorption und Desorption innerhalb des einheitlichen Aufbaues der Vorrichtung nach der Erfindung durchzuführen. Zu diesem Zweck ist in der inneren Kammer eine drehbare Welle zentrisch angebracht und die Mittel zum selektiven Einführen der fließfähigen Stoffe umfassen ein Drehventil, das mit der Welle in Wirkverbindung steht. Durch Verstellen des Drehventiles können einzelne Teilkanäle wechselnd mit bestimmten Flüssigkeiten bzw. Gasen beschickt werden, wodurch die Funktionen der einzelnen Kontaktkammern gewechselt werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung. Dieses beschriebene Ausführungsbeispiel wird zur beispielhaften Erläuterung auf eine Adsorptionskolonne angewendet, in der Packungsschichten aus Aktivkohle für die Adsorption von organischen Lösungsmitteldämpfen in einem Abgas verwendet werden.

Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen am Beispiel eines Adsorptionsverfahrens an Aktivkohle.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung zum Kontaktieren von Fluiden mit Feststoffen nach der vorliegenden Erfindung teilweise im Schnitt entlang der Linie 1-1 von Fig. 2;

F i g. 2 eine vertikale Teilschnittansicht der Vorrichtung aus F i g. 1;

Fig.3 die Ansicht eines horizontalen Schnittes entlang der Linie 3-3 in F i g. 2 und

Fig.4 eine vergrößerte vertikale Teilschnittansicht einer abgewandelten Form von einer der Schichten aus Festem Material.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist z. B. mit vier gepackten Schichten aus Aktivkohle versehen, von denen zu jeder beliebigen Zeit jeweils drei Schichten für die Adsorption durch Kontakt mit einem Gas oder einer Flüssigkeit, die gereinigt werden sollen, verwendet werden, während eine Schicht abwechselnd und nacheinander einer Behandlung zum Regenerieren der verbrauchten Aktivkohle unterworfen wird. Die Adsorptionskolonne 6 besteht aus einem äußeren Zylinder 1 und einem inneren Zylinder 2, zwischen denen ein ringförmiger Zwischenraum mit einer Anzahl gepackter Schichten 3 aus einem Feststoff ausgebildet ist, der im vorliegenden Falle Aktivkohle ist, die von oder zwischen geeigneten Zwischenboden getragen wird. Die Schichten 3 aus festem Material können wie folgt angeordnet und gehaltert werden:

(a) Das feste Material kann in einen Beutel aus fluidurchlässigem Material eingebracht werden und der Beutel kann dann auf eine Lochplatte oder ein Gitter gelegt werden;
(b) das feste Material kann direkt auf eine derartige Platte geschüttet werden;

(c) das feste Material kann in einen Zwischenraum zwischen einer oberen und einer unteren Platte als Packung eingebracht werden.

In Fig.4 befindet sich das feste Material innerhalb des porösen Beutels 17, der zwischen den mit Löchern

to versehenen Platten 18 eingeschlossen ibt. Die gepackten Schichten 3 sind mittels fester Trennplatten 4 unabhängig von den benachbarten Schichten getrennt. Diese Trennplatten 4 teilen den ringförmigen Zwischenraum in eine Vielzahl axial angeordneter Kontaktzonen oder -kammern 16, von denen jede festes Material für den Kontakt mit dem Fluid enthält. Der innere Zylinder 2 ist durch innere Trennplatten 5 in vier unabhängige Fluid-Strömungswege 7 bis 10 unterteilt, und jeder Fluid-Strömungsweg steht mit einer entsprechenden Kontaktkammer 16 und der darin enthaltenen Pakkungsschicht3 in Verbindung.

In der speziellen dargestellten Ausführungsform steht der Fluid-Strömungsweg 7 mit der obersten Packungsschicht 3, der Fluid-Strömungsweg 8 mit der zweiten Packungsschicht 3, der Fluid-Strömungsweg 9 mit der dritten Packungsschicht 3 und der Strömungsweg 10 mit der untersten Packungsschicht 3 in Verbindung. Die entsprechenden Fluid-Strömungswege haben öffnungen 11 und 12, die sich durch die Wandung des inneren Zylinders erstrecken und von denen sich jeweils eine auf der oberen und eine auf der unteren Seite der entsprechenden Packungsschicht befindet, um Einlaß- und Auslaßöffnungen für die Gase zu schaffen, die von den entsprechenden Fluid-Strömungswegen zu den Kontaktkammern 16 für den Kontakt mit den aus dem festen Material bepackten Schichten zugeführt werden. Der Gaseinlaß ist von dem Gausauslaß (11 bzw. 12) bei jeder Kontaktkammer jeweils durch eine Trennwand 13 abgetrennt, die in dem Strömungsweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist. Dies ist deutlicher in F i g. 3 dargestellt, in der gezeigt ist, daß die Strömungswege 7, 9 und 10 offen sind und der Strömungsweg 8 durch die Platte 13 verschlossen ist. Mit anderen Worten gesagt. Abgase oder Desorptionsdämpfe, die durch die Fluid-Strömungswege innerhalb des inneren Zylinders strömen, werden gezwungen, durch eine öffnung 12 oder 11, d. h. durch die öffnung, die an der Einströmseite liegt, in die Kontaktkammer in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder zu strömen, woraufhin sie gezwungen werden, nach oben oder nach unten durch die entsprechenden jeweiligen Packungsschichten 3 zu strömen, um Adsorption oder Desorption zu bewirken, bevor sie in der Lage sind, die Kontaktkammer durch die Auslaßöffnung zu verlassen. Die Gase, die durch die entsprechenden Packungsschichten geströmt sind, werden dann durch die öffnungen 11 oder 12 auf der stromabwärts gelegenen Seite als ein gereinigtes Gas oder als Desorptionsdämpfe in den entsprechenden

bo Fluid-Strömungsweg in dem inneren Zylinder zurückgeleitet.

Auf diese Weise sind vier unabhängige Packungsschichten 3 in dem einheitlichen Aufbau der Adsorption„kolonne 6 vorgesehen. Wie sich aus der vorstehen-

ii > den Beschreibung ergibt, können die verschiedenen Arbeitsgänge der Adsorptionsbehandlung eines Abgases einerseits und der Desorption durch Dampf andererseits parallel durch eine einzige Adsorptionsko-

lonne 6 mittels der vier unabhängigen Packungsschichten 3 durchgeführt werden. Deshalb kann ein Abgas, das organische Lösungsmitteldämpfe enthält, drei von vier Fluid-Strömungswegen in dem inneren Zylinder, z. B. zuerst den Strömungswegen 7, 9 und 10, von deren unteren Enden mittels einer geeigneten Ventilanordnung zugeführt werden, um das Gas durch Adsorptionsbehandlung durch die entsprechenden Packungsschichten zu reinigen und aufzubereiten. E:> wird verhindert, daß das Lösungsmittel enthaltende Abgas in den verbleibenden Strömungsweg 8 eintritt, dem stattdessen Dampf von dem oberen Ende des Strömungsweges zugeführt wird, um die organischen Lösungsmitteldämpfe zu desorbieren, die von dem Feststoff in einem vorhergehenden Verfahrensschritt adsorbiert worden sind, und diese unter Verwendung beliebiger geeigneter Mittel aufzusammen, die an der stromabwärts gelegenen Seite des unteren Endes des Strömungsweges vorgesehen sind. Diese Desorption durch Dampf (in einer Stufe) und Adsorption von Dämpfen (in den restlichen drei Stufen) wird nacheinander folgend von einem Fluid-Strömungsweg zu einem anderen verschoben, um die adsorbierten Dämpfe vein jeder Feststoffschicht selektiv der Reihe nach zu desorbieren.

Es ist vorteilhaft, eine zentrale Achse 14 zum Betrieb von Drehventilen oder Drehschiebern am oberen und unteren Ende der Adsorptionskolonne synchron zueinander zu betreiben. Eine Ventilanordnung, die jeweils eine Platte 21 umfaßt, ist sowohl am oberen Ende als auch am Boden des inneren Zylinders 2 fest mit der Mittelwelle 14 verbunden, die ihrerseits über ein Kopplungselement 22 mit einer Leitung 23 gekoppelt ist, durch die ein erstes Fluid strömt. Die Platte 21 ist in dieser Ausführungsform mit vier Öffnungen versehen, die unter gleichen Winkeln voneinander beabstandet sind und von denen drei Öffnungen mit einer Kammer in Verbindung stehen, die durch ein Gehäuse 31 gebildet wird, während die verbleibende eine Öffnung mit der Leitung 23 zum Beispiel mittels einer flexiblen Leitung 24 verbunden ist. Jede Leitung ist über ein geeignetes Abdichtglied wie beispielsweise eine konisch geformte Verbindung 25 mit einem Fluidauslaß 26 oder -Einlaß 27 verbunden. Mit einer der Leitungen 23 ist ein Riemenantrieb 28 fest verbunden, der über ein Zahnradgetriebe 29 mechanisch mit einer geeigneten Antriebsquelle wie beispielsweise einem Stufenmotor 30 gekoppelt ist, wodurch die Mittelachse 14 gedreht werden kann. In der dargestellten Stellung steht der Kanal 8 mit der Leitung 23 am oberen Ende und am Boden in Verbindung, damit Dampf über den Einlaß 27 eingeführt, durch die Apparatur nach unten (wie es durch die gestrichelten Pfeile gezeigt ist) transportierl und durch den Auslaß 26 am Boden aus der Apparatur abgezogen werden kann. Die restlichen drei Kanäle 7,9

ίο und 10 stehen für die Behandlung eines zweiten Fluids zur Verfügung, das durch den im Bodengehäuse 31 vorgesehenen Einlaß 32 eingeführt, durch die Apparatur nach oben transportiert (wie es durch die festen Pfeile in Kanal 9 in F i g. 2 gezeigt ist) und durch den Auslaß 33 in dem Gehäuse 31 am oberen Ende abgezogen wird.

Auf diese Weise kann mit der Adsorptionskolonne nach der Erfindung die Anzahl der Adsorptionsschichten vergrößert oder verringert werden, wie es in Übereinstimmung mit der Gasmenge, die behandelt werden soll, oder der Zeitdauern der Schaltzyklen von verschiedenen Betriebsarten gewünscht wird, und dies kann völlig unabhängig von der verfügbaren Installationsgrundfläche vorgenommen werden. Zusätzlich wird es möglich, den Aufbau und die Schaltmechanis-

2') men der entsprechenden Gasströmungswege zu vereinfachen und die Kosten für Installation, Betrieb und Wartung um einen beträchtlichen Grad zu verringern.

Die Erfindung wurde in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel in Form einer Adsorptionskolonne

so beschrieben, bei der Aktivkohle zum Entfernen und Aufsammeln organischer Lösungsmitteldämpfe von einem Abgas verwendet wird. Natürlich kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zusätzlich zu derr Verwendungszweck als Adsorptionskolonne mit Pak· r> kungsschichten aus einem Adsorptionsmittel auf weiter Anwendungsgebieten als Mittel zur Durchführung dei Kontaktierung zwischen einem Feststoff oder Festkörpern und einem Fluid, d h. sowohl einer Flüssigkeit al; auch eines Gases, z. B. in Fest- und Wirbelschichtbetter

jo für katalytische Reaktionen mit Festkörpern, ir Wärmeaustauschern vom Wärmespeichertyp und dergleichen eingesetzt werden. Derartige Anwendungsge biete und weitere Abwandlungen werden von dei vorliegenden Erfindung umfaßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kontaktieren von fließfähigen Stoffen mit Feststoffen, bestehend aus einem äußeren zylindrischen Mantel, einer inneren rohrförmigen Kammer, die innerhalb des äußeren Mantels unter Belassung eines Zwischenraumes zu diesem und koaxial zu dem Mantel ausgerichtet angeordnet ist und deren Innenraum einen Durchströmkanal für ι ο die fließfähigen Stoffe bildet, mindestens einem Trennglied, das sich rechtwinklig zur Achse in radialer Richtung zwischen der inneren Kammer und dem Mantel erstreckt, um den Zwischenraum in mehrere axial nebeneinander liegende Kontaktzonen oder -kammern zu unterteilen, und Mitteln zur Aufnahme der Feststoffe in den einzelnen Kontaktkammern, gekennzeichnet durch wenigstens ein weiteres Trennglied (5), das in axialer Richtung innerhalb der inneren Kammer (2) verläuft und die Kammer (2) in mehrere im wesentlichen achsenparallele Teilkanäle oder Strömungswege (7, 8, 9, 10) unterteilt, deren Anzahl gleich der Anzahl der vorhandenen Kontaktkammern (16) ist, jeweils einen Einlaß (11 bzw. 12) für die fließfähigen Stoffe von einem Teilkanal (7, 8, 9, 10) zu einer dem Teilkanal zugeordneten Kontaktkammer (16) und jeweils einen Auslaß (12 bzw. 11) für die fließfähigen Stoffe von jeder Kontaktkammer (16) zu ihrem zugeordneten Teilkanal (7,8,9,10) sowie jeweils in jedem Teilkanal (7,8,9,10) ein zwischen dem Einlaß zu und dem Auslaß von der Kontaktkammer angeordnetes Trennglied (13), das eine Durchflußsperre bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbare Welle (14) zentrisch in der inneren Kammer (2) angebracht ist und Mittel zum selektiven Einführen von Fluid in weniger als alle der vorhandenen Teilkanäle (7, 8, 9, 10) vorgesehen sind, die ein Drehventil (21, 22...) umfassen, das mit der Welle (14) in Wirkverbindung steht.