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Verfanren und Vorrichtung zum Desorbieren und/oder
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Regenerieren eines aus Aktivkohle oder Aktivkoks bestehenden Granulats.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazu gehörende Vorrichtung
zum Desorbieren und/oder Regenerieren eines mit Schadstoffen, insbesondere mit Schwefeldioxid
beladenen, aus Aktivkohle oder Aktivkoks bestehenden Granulats, das unter Schwerkrafteinfluß
durch Kanäle geführt wird, an denen ein Wärmeaustauschfluid im Querstrom entlang
geführt wird.
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Die Desorption und die sich daran anschließende Regeneration der Aktivkohle
kann u.a.
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0 auf thermischem Wege durch Erhitzen um mehrere 100 C erfolgen. Dabei
unterscheidet man zwischen direkter und indirekter Erhitzung, je nachdem, ob das
Granulat mit einem artfremden Aufheizmittel in Berührung kommt oder nicht.
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Es ist bekannt, durch die Schüttung der Aktivkohle ein heißes, ihr
gegenüber inertes Gas zu blasen. Dabei wird das desorbierte Gas durch das Heizgas
verdünnt und muß vor der Weiterverarbeitung aufkonzentriert werden. Weiterhin ist
bekannt, Aktivkoks mit einem festen Wärmeträger, beispielsweise mit hocherhitztem
Sand, zusammenzubringen. Der Sand ist nach erfolgtem Wärmeaustausch durch Sieben
von dem Aktivkoks wieder abzutrennen.
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Bei der inditekten Erhitzung wird die Aktivkohle an beheizten Wänden
entlang geführt.
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Es ist bekannt, die Regenerierung von Aktivkohle in einem Schacht
vorzunehmen, in dessen oberem Teil von innen beheizte Heizrohre angeordnet sind.
An diesen Heizrohren wandert das Aktivkohlegranulat auf seinem Weg von oben nach
unten durch den Behälter vorbei.
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Bei einem anderen Verfahren, bei dem die Aktivkohle dadurch regeneriert
wird, daß durch die Aktivkohleschüttung heißer Dampf durchgeblasen wird, wird die
Aktivkohle dadurch vorgewärmt, daß sie durch Kanäle rieselt, an denen außen der
mit dem Desorptionsgas beladene Dampf vorbeigeführt wird. Auch bei diesem Verfahren
muß das Desorptionsgas vor seiner Weiterverarbeitung aufkonzentriert werden. Eine
weitgehende Rückführung der Prozeßwärme ist bei diesem Verfahren nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren
durch eine weitgehende Ausnutzung und Rückführung der Prozeßwärme in Richtung auf
einen niedrigen Wärmeverbrauch weiter zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Granulat
während des Durchlaufens durch die Kanäle durch das Fluid zonenweise nacheinander
vorgewärmt, auf Desorptions- bzw. Regenerationstemperatur erhitzt und anschließend
abgekühlt wird, wobei das Fluid in einem außerhalb liegenden Erhitzer erhitzt wird
und das Fluid nach dem Verlassen einer der genannten Zonen zur Wärmeabgabe in eine
Zone niedriger Granulattemperatur und anschließend zur Wärmeaufnahme in eine Zone
höherer Granulattemperatur eingeführt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle Teilschritte der Desorption
und/oder Regeneration in ein und derselben Einrichtung vorgenommen werden. Die besondere
Art der Heizmediumführung erlaubt eine weitgehende Rückführung der Prozeßwärme in
den Prozeßkreislauf. Der Wärmeverbrauch kann damit merkbar gesenkt werden. Da das
Wärmeaustauschfluid außen an den Kanälen entlang geführt wird und mit dem zu regenerierenden
Granulat nicht in Kontakt kommt, braucht einerseits das Desorptionsgas nicht aufkonzentriert
zu werden, andererseits lassen sich auch die notwendigen großen Fluidströme sicher
durch die Regenerationseinrichtung führen.
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Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zwei Arten der
Fluidführung möglich. Bei der ersten Art wird das die Kühlzone verlassende Fluid
einem Erhitzer zugeführt, dort erhitzt, in die Heizzone eingeführt, nach dem Verlassen
dieser Zone durch die Vorwärmzone geleitet und ansch.ießend in die Kühlzone rückgeführt.
Bei der anderen Art wird das Fluid im Kreislauf durch die Vorwärmzone und die Kühlzone
geführt, während ein weiteres Fluid im Kreislauf durch die Heizzone und den Erhitzer
geleitet wird. Bei dem erstgenannten Verfahren ist das Anfahren der kalten Regenerationsanlage
sehr einfach, da nur ein Kreislauf vorhanden ist.
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Die Wärmebilanz läßt sich noch dadurch weiter verbessern, daß gemäß
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an die Kühlzone eine zweite
Kühlzone angeschlossen ist und daß durch diese Nachkühlzone Luft geblasen wird,
die zu einem Teil als vorgewärmte Verbrennungsluft dem Erhitzer zugeführt wird.
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Vorzugsweise um das Desorptionsgas leichter abführen zu können, kann
weiterhin vorgesehen sein, daß man das Granulat aus den Kanälen in einen freien
Raum austreten läßt und daß dieser freie Raum von der Beaufschlagung durch das Wärmeaustauschfluid
ausgenommen wird. Dieser freie Raum ist in einer Ebene zwischen der Heiz- und der
Vorwärmzone anzuordnen. Darüber hinaus können solche freien Räume auch in weiteren
Ebenen vorgesehen werden.
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Mehrere Ausführungebeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch
die Vorrichtung gemäß der Erfindung Figur 2 den Schnitt II-II nach Figur 1 Figur
3 und 4 die Einzelheit Z nach Figur 1 für zwei verschiedene Ausführungsformen und
Figur 5 und 6 je einen Kreislauf zur Führung des Wärmeaustauschfluids.
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Der dargestellte Desorber dient zum Desorbieren und/oder Regenerieren
von mit Schwefeldioxid beladenem Aktivkohle- oder Aktivkoksgranulat. Er besteht
aus einem Gehäuse mit senkrechten Seitenwänden 1, einem als Haube ausgebildeten
Kopf 2 und einer Schurre 3 als Boden. Das Gehäuse ist von senkrechten Kanälen 4
durchzogen, die das zu behandelnde Glanulat aufnehmen. Im vorliegenden Fall sind
die Kanäle 4 durch auf Abstand voneinander angeordnete Rohre gebildet.
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Der zwischen den Kanälen 4 freibleibende Zwischenraum ist zum Desorberkopf
2 hin durch ein Abschlußblech 5 geschlossen. Auf das Abschlußblech 5 sind zwischen
benachbarten Kanälen 4 die Kegel 6 aufgesetzt. Diese Kegel leiten das durch die
Eintrittsöffnung 7 im Kopf 2 des Desorbers zugeführte Granulat in die Kanäle 4.
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Das Granulat durchwandert die Kanäle 4 und wird durch eine unterhalb
eines jeden Kanales angeordnete Abzugseinrichtung geregelt ausgetragen. Die Abzugseinrichtung
besteht zweckmäßigerweise aus einer im geringen Abstand unter dem Kanal 4 angeordneten
Auffangplatte 8, auf der sich das Granulat abböscht. Die Auffangplatten 8 sind von
Blattfedern 9 getragen, die sich auf Balken 10 stützen. Die Blattfedern 9 sind mit
einem Schubgestänge 11 verbunden, das z.B. über einen Exenter quer verschiebbar
ist. Bei einer Betätigung des Schubgestänges 11 werden die Auffangplatten 8 aus
ihrer Mittenlage verschoben, wobei das abgeböschte Granulat über den Rand der Auffangplatte
8 rutscht. Die Blattfedern 9 mehrerer Auffangplatten 8 können zusammengefaßt und
mit einem einzigen Schubgestänge 11 verbunden sein. Anstelle von Blattfedern 9 können
auch Gelenkstäbe verwendet werden. Das aus den Kanälen 4 abgezogene Granulat wird
über die Schurre 3 abgeführt und erneut zur Adsorption von Schadstoffen aus Abgasen
verwendet.
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Die Querschnittsform der Kanäle 4 kann beliebig sein. Ihre Form und
der sich daraus ergebende Abstand zweier gegenüberliegender Wände ergibt sich aus
den Forderungen, daß einmal das freie Rieseln des Granulats durch Brückenbildung
nicht behindert werden soll und daß der mittlere Abstand eines Granulatkorns von
der beheizten Wand nicht zu groß sein darf. Im vorliegenden Fall werden bei einem
maximalen Korndurchmesser von 9 mm Rohre mit einem Innendurchmesser von 90 - 130
mm verwendet. Diese Rohre können in Reihen, wie in Figur 2 dargestellt, oder auch
versetzt gegeneinander angeordnet sein.
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An der Außenseite der Kanäle 4 wird ein im vorliegenden Falle gasförmiges
Wärmeaustauschfluid tin tlanggeführt. Dazu ist der Zwischenraum zwischen den Außenwänden
der Kanäle 4 und den Seitenwänden 1 des Desorbers durch mehrere, im wesentlichen
waagerecht in verschiedenen Höhenebenen angeordnete Trennbleche 12 bzw. durch das
Abschlußblech 5 aufgeteilt. Diese Bleche 5, 12 sind gasdicht mit der Außenwand der
Kanäle 4 und den Seitenwänden 1 verbunden. Auf diese Weise entstehen mehrere übereinanderliegende
Abschnitte, die gasdicht voneinander getrennt sind.
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Jeder der so gebildeten Abschnitte ist mit je einem Stutzen 13, 14
für die Zufuhr und die Abfuhr des Wärmeaustauschfluids versehen. Die Stutzen 13,
14 der einzelnen Abschnitte sind durch Umführungsleitungen 15 in der später noch
beschriebenen Weise miteinander verbunden. Zusätzlich können in jedem Abschnitt
noch parallel zu den Trennblechen 12 Umlenkbleche 16 angebracht sein, die durch
ein einmaliges oder mehrmaliges Umlenken des Fluidstromes für eine Intensivierung
des Wärmeaustausches sorgen.
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Die beschriebenen übereinanderliegenden Abschnitte stellen Wärmebehandlungszonen
für das in den Kanälen 4 herabrieselnde Granulat dar, und zwar ausgehend vom Kopf
2 des Desorbers eine Vorwärmzone 17, eine Heizzone 18, eine erste Kühlzone 19 und
eine zweite Kühlzone 20. Die Führung des Wärmeaustauschfluids ist in den Figuren
5 und 6 dargestellt. In einem mit Ol oder Gas gefeuerten Gaserhitzer 21 wird das
gasförmige Wärmetaustauschfluid auf die für die Desorption und Regeneration des
Granulats notwendige Temperatur t1 gebracht und in den, die Heizzone 18 darstellenden
Abschnitt des Desorbers eingeführt. Es durchströmt unter mehrmaliger Umlenkung im
Quergegenstrom zur Bewegungsrichtung des Granulats den Zwischenraum außerhalb der
Kanäle 4 und erhitzt dabei das in den Kanälen 4 befindliche Granulat.
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Das Fluid verläßt die Heizzone 18 mit einer niedrigeren Temperatur
t2 und wird bei dem Verfahrensschema nach Figur 5 in die Vorwärmzone 17 geleitet,
die es unter weiterer Wärmeabgabe ebenfalls im Quergegenstrom durchströmt. Dabei
wird das Granulat vorgewärmt.
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Das Fluid mit einer Temperatur t3 wird aus der Vorwärmzone 17 mit
Hilfe eines Gebläses 22 in der Umführungsleitung 15 abgesaugt und der ersten Kühlzone
19 zugeführt. Hier erwärmt sich das Fluid unter Kühlung des Granulats auf eine Temperatur
t4. Mit dieser Temperatur tritt das Fluid in den Gaserhitzer 21 ein, wo es erneut
auf die Temperatur t1 gebracht wird.
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Die restliche Kühlung des Granulats erfolgt in einer zweiten Kühlzone
20 dadurch, daß durch diesen Abschnitt des Desorbers kalte Luft geblasen wird. Ein
Teil der sich dabei aufwärmenden Luft wird als vorgewärmte Verbrennungsluft dem
Gaserhitzer 21 zugeführt. Die Verbrennungsluft kann in einem Wärmetauscher 23 weiter
erwärmt werden, der von einem Teilstrom des die erste Kühlzone 19 verlassenden Fluids,
der nicht dem Gaserhitzer 21 zugeführt wird, durchströmt wird.
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Das Verfahrensschema nach Figur 6 unterscheidet sich von dem nach
Figur 5 dadurch, daß ein geschlossener Kreislauf zwischen der Vorwärmzone 17 und
der ersten Kühlzone 19 eingehalten wird. Dabei wird das die Vorwärmzone 17 verlassende
Fluid in die erste Kühlzone 19 eingeführt, wo es sich aufwärmt und dann erneut zur
Wärmeabgabe in die Vorwärmzone 19 eingeblasen wird. In der Heizzone 18 wird ein
Fluid eingeführt, das im Gaserhitzer 21 stets wieder auf die erforderliche Temperatur
t1 gebracht wird.
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Hierbei kann ein Teil des die Heizzone 18 verlassenden Fluids zur
Vorwärmung der Verbrennungsluft im Wärmetauscher 23 verwendet werden.
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Bei der Erhitzung des Granulats in der Heizzone 18 entweichen aus
dem Granulat als Desorptionsgase die vorher adsorptiv im Granulat gebundenen Schadstoffe.
Um die Gase gleich nach dem Austreiben auffangen zu können, münden zwischen der
Heizzone 18 und der Vorwärmzone 17 die Kanäle 4 in einen freien Raum 24, der sich
über den gesamten Querschnitt des Desorbers erstreckt. In diesem Raum 24 bildet
sich eine freie Schüttung 26 des Granulats aus, aus dessen Oberfläche die Desorptionsgase
austreten. Die den freien Raum 24 begrenzenden Seitenwände 1 des Desorbers sind
mit einem Stutzen 25 versehen, durch den die Desorptionsgase abgezogen werden. Der
freie Raum 24 ist von der Beaufschlagung durch das Wärmeaustauschfluid ausgeschlossen.
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Die die Kanäle 4 darstellenden Rohre sind nach Figur 3 in den freien
Raum 24 hineinverlängert. Dadurch entsteht oberhalb der freien Oberfläche der Schüttung
26 ein Gassammelraum 27, durch den das Austreiben des Desorptionsgases erleichtert
wird. Die Rohre einer Reihe können auch in eine nach unten konisch sich leicht verengende
Rinne 28 münden. Nach unten ist der freie Raum 24 durch ein Trennblech 12 begrenzt,
auf dem die Kegel 5 angebracht sind, über die das Granulat in die Kanäle 4 des darunter
liegenden Abschnittes rieselt.
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Derartige freie Räume 24 können auch in anderen Ebenen vorgesehen
werden. So ist es denkbar, die Vorwärmzone 17 auf die beschriebene Weise aufzuteilen,
um z.B. Gase, die bei tieferer Temperatur entweichen, noch innerhalb dieser Zone
abziehen zu können. Auch unterhalb der Heizzone 18 könnte ein solcher Raum 24 angeordnet
werden, z.B. dann, wenn man die Kanalwände aus unterschiedlichen, den jeweiligen
Temperaturbedingungen angepaßten Werkstoffen fertigen will.