DE2813227C2 - Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von verunreinigten kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln - Google Patents
Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von verunreinigten kohlenstoffhaltigen AdsorptionsmittelnInfo
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Description
Die Anmeldung betrifft einen Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von verunreinigten kohlenstoffhaltigen
Adsorptionsmitteln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es ist aus der DE-OS 25 33 253
bekannt, kohlenstoffhaltige Adsorptionsmaterialien in einem zweistufigen Wirbelschichtreaktor zu reaktivieren,
der aus einem runden Ofen mit zwei übereinander angeordneten Anströmboden besteht Unterhalb des
unteren Anströmbodens befindet sich der Feuerraum, in welchem durch Verbrennung von Gas oder Öl eis:
Treibgas erzeugt wird, das nach oben durch die Anströmboden aufsteigt Das Gas wirbelt die auf den Boden
befindlichen Materialien unter Austreibung der Adsorbate auf und entweicht oberhalb des oberen Wirbelbettes
aus dem Reaktor. Erfahrungsgemäß weisen die beiden Wirbelschichten bei der Zuteilung von nasser,
verunreinigter Aktivkohle große Temperaturunterschiede auf. Im oberen Boden erfolgt im wesentlichen
eine Trocknung und Befreiung von leicht desorbierbaren Stoffen bei Temperaturen oberhalb etwa 150° C; der
untere Boden dient der eigentlichen Reaktivierung bei Temperaturen oberhalb 6000C, bei einzelnen Verschmutzungen
sogar oberhalb von 800° C, um eine vollständige Leistungsfähigkeit einer Frischkohle wiederzuerlangen.
Damit der Materialfluß vom oberen Boden zu dem unteren Boden und zum Austrag aus diesem Boden
gleichmäßig und unter einer konstanten Yerweilzeit jedes einzelnen Aktivkohlekorns erfolgt, hat man auf den
Anströmboden bzw. in den Wirbelbetten quer zur Richtung des Materialflusses Staubleche vorgesehen und
überdies den Austrag der reaktivierten Aktivkohle in Abhängigkeit vom Wassergehalt, der in den Reaktor
eingeführten verunreinigten Kohle und der Temperatur im Bereich des Austrags der Kohle geregelt.
Es sind weiterhin Verfahren und Vorrichtungen für eine kontinuierliche thermische Behandlung von Feststoffen,
insbesondere von Katalysatoren, bekannt, bei denen der katalytische Prozeß und die Regenerierung
des Katalysators in zwei räumlich voneinander getrennten Wirbelschichtreaktoren durchgeführt wird, die in
der Regel jeder einen eigenen Gaskreislauf besitzen, der für ein anderes spzielles Verfahren benutzt wird. Hierbei
sind die beiden Reaktoren jeweils mit mindestens zwei Rohrleitungen für den Transport der Katalysatoren
in einem Gasstrom verbunden, die mit Absperrventilen für den Transportgas- und Feststofffluß versehen
sind. Diese Ventile kennen nur eine Stellung »auf« oder »zu«, wobei in der Stellung »auf« der Gas- und Feststofffluß
je nach den Druckverhältnissen im Reaktor -und Regenerator in der einen oder anderen Richtung
fließen kann (GB-PS 13 87 919, US-PS 24 74 583, US-PS 24 51 619, US-PS 24 58 866, US-PS 39 93 556, US-PS
40 57 397).
Demgegenüber betrifft der Anmeldungsgegenstand einen Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung
von verunreinigten kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln, der nur von einem einzigen Gasstrom
durchflossen wird. Dieser Reaktor ist durch zwei Anströmböden
in zwei Wirbelbetten unterteilt die vom zu behandelnden Gut und vom Gasstrom im Gegenstrom
durchflossen werden. Hierbei hat das Abgas der unteren Wirbelschicht hinsichtlich seiner Temperatur und Zusammensetzung
die für die Behandlung des Materials in der oberen Wirbelschicht erforderlichen Eigenschaften.
Es wurde nunmehr nach jahrelangen Untersuchungen erkannt daß von Zeit zu Zeit auftretende Störungen
bei dem beschriebenen Verfahren darauf beruhen, daß der Überlauf der Kohle vom oberen zum unteren
Wirbelbett sehr empfindlich auf Belastungen des oberen Wirbelbettes, sei es durch Materialien schwankender
Dichte, sei es durch gewisse Verstopfungen am oberen Anströmboden, reagiert Je höher der Widerstand des
oberen Wirbelbettes und seines Bodens wird, umso mehr Treibgas strömt durch das Cb<rrlaufrohr in das
obere Wirbelbett Da es sich dabei um einen sich selbst verstärkenden (autokatalytischen) Effekt handelt kann
es sogar zur Entleerung des unteren Wirbelbettes durch Überspülen des Materials in das obere Bett und damit
zum Betriebsstillstand kommen. Dieses Phänomen war nur sehr schwer zu erkennen, weil das Innere des Reaktors
kaum und das Verbindungsrohr während des Betriebes überhaupt nicht einsehbar sind.
Es wurde nun gefunden, daß man solche Betriebsunterbrechungen vermeiden und zu einem gleichmäßigen
Materialfluß im gesamten Reaktor der eingangs geschilderten Bauweise dadurch gelangen kann, daß die Reaktiv
ierung in einem Reaktor erfolgt, bei dem das obere Wirbelbett mit dem oder den unteren Wirbelbetten
über ein oder mehrere von Stufe zu Stufe außerhalb des Reaktors geführte, mit im wesentlichen gasdichten Feststoffschleusen
ausgestattete Rohre verbunden ist Obwohl sich diese Lösung dem Fachmann wegen des Inkaufnehmens
eines gewissen Wärmeverlustes nicht ohne weiteres anbot, hat sich doch gezeigt, daß damit ein
vollautomatischer, störungsfreier Betrieb über Wochen und Monate möglich ist, was mit der an sich wärmeökonomisch
vorteilhafteren Direktüberführung des Materials im Inneren des Reaktors beispielsweise gemäß der
US- PS 40 10 002 nicht zu erreichen ist.
Als Feststoffschleusen kommen z. B. Zellenradschleusen, Kolbenschleusen oder Pendelklappenschleusen in
Betracht oder andere gasdichte oder weitgehend gasdichte Feststoffschleusen.
Da derartige Feststoffschleusen in der Regel bedient und gewartet werden müssen, ist die Verlegung des Verbindungsrohres
nach außerhalb des 800 bis 900° C heißen Reaktionsraumes des Reaktors erfolgt
Die Verlegung des Verbindungsrohres zwischen den übereinander gelagerten Wirbelbetten nach außen hat
weiterhin den Vorteil, daß die Staubleche für die Beeinflussung
der Verweilzeit der Aktivkohle im Ofen in der Mitte der Wirbelbetten installiert sein können und nicht
gemäß US-PS 40 10 002 seitlich versetzt installiert seil» müssen. In diesem- Zusammenhang hat sieh- auch gezeigt,
daß der Materialfluß bei der Reaktivierung von nasser Aktivkohle aus einsr Wasserreinigung mit Hilfe
des erfindungsgemäßen, vorgesehenen Regeiorgans so gut einstellbar ist, daß nur im unteren Wirbelbett ein
oder mehrere Staubleche zweckmäßig sind, während im oberen Wirbelbett ein derartiges Staublech sich erübrigt
Bei Reaktoren mit 3 und mehr übereinander angeordneten Wirbelbetten kann auf Staubleche völlig
verzichtet werden. Im übrigen läßt sich der gesamte Materialfluß auch zusätzlich durch ein höhenvcrstellbares
Austragsrohr am unteren Wirbelbett regeln.
Bekanntlich ist die Dichte von verunreinigter Aktivkohle höher als die Dichte von teilweise oder vollständig
reaktivierter Aktivkohle. Man hat daher bereits vorgeschlagen, in den freien Raum unterhalb des oberen
Wirbelbettes zusätzlich Treibgase einzuführen, damit im oberen Wirbelbett die dort eingeführte Aktivkohle
höherer Dichte ausgiebig aufgewirbelt wird.
Das Problem, eine höhere Anströmgeschwindigkeit für das obere Wirbelbett zu erhalten, läßt sich indessen
auch dadurch lösen, daß das obere Wirbelbett einen gegenüber dem unteren Wirbelbett um 10—30% kleineren
Durchmesser besitzt Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors zeigt die F i g. 2. Bei dieser
Ausgestaltung kann auf die Zuführung von zusätzlichem Treibgas verzichtet werden.
Mit der Überführung des vorgetrockneten Materials aus dem obren Wirbelbett in das untere Wirbelbett
über ein außerhalb des Reaktors geführtes und mit einer gasdichten Feststoffschleuse versehenes Verbindungsrohr ist sowohl die Einführung von zusätzlichen Mengen
an Treibgas in den freien Raum unterhalb des oberen Bodens problemlos geworden als auch eine Erhöhung
der -Anströmgeschwindigkeit des oberen Anströmbodens durch die Querschnittsverringerung des
oberen Wirbelbettes, denn ein Durchbruch von Treibgas durch das Überlaufrohr hindurch ist wegen des gasdichten
Verschlusses der ?eststoffschleuse ausgeschlossen. Infolgedessen ist der Reaktivierungsprozeß nunmehr
prakt'sch unempfindlich gegenüber Schwankungen der die oberen Wirbelbetten anströmenden Treibgasmengen.
Bekanntlich ist es bei der Einführung von zusätzlichem Treibgas in den freien Raum unterhalb des oberen
Wirbelbettes unter bestimmten Bedingungen möglich, die im unteren Wirbelbett in Freiheit gesetzten Verunreinigungen
noch im Reaktor zu verbrennen, wodurch für den Betrieb des Reaktors Energie eingespart und
darüber hinaus der Anteil an Verunreinigungen im Abgas merklich vermindert wird. Dazu muß die Temperatur
im freien Raum unterhalb des oberen Bodens so hoch sein, daß die Zündtemperatur der Verunreinigungen
erreicht wird.
Die problemlos möglich gewordene Einleitung von zusätzlichem Treibgas in "ten freien Raum unterhalb des
oberen Wirbelbettes gestaltet einen besonders vorteilhaften Betrieb des erfindungsgemäßen Reaktors, der
darin- besteht, daß- im Feuerraum ein Gasluftgemisch
oder ölluf(gemisch mit Gas bzw. ölüberschuß verbrannt
werden kann und die überschüssigen, also noch nicht verbrannten Gase nach Einströmen in den freien
Raum unterhalb-des oberen Wirbelbettes durch Zufuhr von Luftais zusätzliches Treibgas vollständig verbrannt
werden. Dadurch lassen sich die Schmutzstoffe so gut wie vollständig energiesparend im Reaktor mitverbrennen.
ίο Im allgemeinen-empfiehlt es sich, den Feuerungsraum
unter dem unteren Wirbelbett mit einem 10—30%igem stöchiometrischem Brenngasüberschuß zu betreiben
und den dort nicht verbrannten Anteil unterhalb des oberen Wirbelbettes zu verbrennen. Die dabei durch
Verbrennen der in-Freiheit gesetzten Schmutzstoffe erreichte
Energieeinsparung beträgt 10—15%.
Für die Anwendung dieser Verfahrensweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, am Reaktor in Höhe des
freien Raumes-unterhafb des oberen Wirbelbettes einen
Stützbrenner vorzusehen, mit dessen Hilfe die in Freiheit gesetzten Schmutzstoffe unabhängig von der dort
herrschenden Temperatur stets sicher zur Zündung gebracht und verbrannt werden können.
Der erfindungsgemäße Reaktor wird nachfolgend anhand der F i g. 1 und 2 der anliegenden Zeichnung am Beispiel eines zweistufigen Reaktors näher erläutert:
Der erfindungsgemäße Reaktor wird nachfolgend anhand der F i g. 1 und 2 der anliegenden Zeichnung am Beispiel eines zweistufigen Reaktors näher erläutert:
Der Reaktor 1 besitzt einen Feuerraum 2 mit Rohr 3 für das Einführen von Brenngas und Luft sowie das
Rohr 4 für das Einführen von Wasser zwecks genauer Temperatureinstellung des gebildeten Treibgases.
Über dem Feuerraum 2 befindet sich das untere Wirbelbett 5 mit Anströmboden 6, Staublech 7, höhen verstellbarem
Austrag 8 und einem Bündel von Luftzuführungsrohren 9 im freien Raum oberhalb des unteren
Wirbelbettes 5. In diesen Raum mündet auch der Zündbrenner 17 und das Verbindungsrohr 10 mit dem Absperregelorgan
11.
Das obere Wirbelbett 12 besteht aus dem Anströmboden 13, dem abwärtsführenden Verbindungsrohr 10
sowie dem Einführungsrohr 14 für verunreinigte Kohle sowie einer Abgasleitung 15.
F i g. 2 zeigt den Reaktor gemäß F i g. 1 in einer Abwandlung. Das obere Wirbelbett 12a mit erfindungsgemäß
verkleinertem oberen Anströmboden 13a geht in einen demgegenüber erweiterten freien Raum 16 über.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist für die Reaktivierung kohlenstoffhaltiger Adsorptionsmaterialien, wie
Aktivkohlen, kohlenstoffhaltigen Molekularsiebkoksen und sonstigen speziellen adsorptionsfähigen kohlenstoffhaltigen
Adsorpiionsmaterialien geeignet.
Wie ohne weiteres verständlich, kann der erfindungs gemäße Reaktor auch mehr als zwei Wirbelböden besitzeil,
ohne-daß vom grundlegenden Erfindungsgedanken abgewichen wird. Infrage kommen insbesondere Reaktoren
mit drei bis acht Böden, die allesamt mit dem erfindungsgemäßen außen angeordneten und mit gasdichter
Feststoffschleuse versehenen Verbindungsrohr ausgestattet sind.
In einem zweistufigen runden Wirbelschichtreaktor mit einem lichten Durchmesser beider Wirbelbetten
von 800 mm gemäß 7 i g. 1 werden pro Stunde 400 kg einer verunreinigten Aktivkohle mit einem Wassergehalt von 50%, bezogen auf nasse Kohle, und einer Körnung
von 1—3 mm eingeführt. Durch Verbrennen von Stadtgas (Brennwert 4000 kcal/m3) mit 20% unterstö-
chiometri.scher Luft und unter Einspritzen von Wasser wird im Feuerraum ein Treibgas von 900° C erzeugt.
In dem Raum unterhalb des oberen Wirbelbettes wird Luft in der Menge eingeblasen, daß gerade das stöchiometrisch
überschüssige Gas und die in Freiheit gesetzten Verunreinigungen verbrennen. Die Temperatur der
Wirbelgase, die aus der unteren Wirbelschicht mit 650—700° C austreten, steigt dabei wieder auf
750-8000C an.
Durch das Verbindungsrohr wird außen angeordnet mit der gasdichten Feststoffschleuse die Kohle aus dem
oberen Wirbelbett in das untere Wirbelbett geschleust. Über den Austrag werden pro Stunde 190 kg reaktivierte
Aktivkohle abgezogen. Das Adsorptionsvermögen dieser Kohle stimmt mit dem Adsorptionsvermögen
derselben Aktivkohle überein, bevor diese der Reinigungsoperation unterzogen wurde (Frischkohle).
20
In einem zweistufigen runden Wirbelschichtreaktor mit einem lichten Durchmesser des unteren Wirbelbettes
von 900 mm und des oberen Wirbelbettes von 750 mm gemäß F i g. 2 werden pro Stunde 500 kg einer
verunreinigten Aktivkohle, wie in Beispiel 1 beschrieben, eingeführt. Durch stöchiometrische Verbrennung
von Erdgas (Brennwert 8000 kcal/m3) und unter Einspritzen von Wasser wird im Feuerraum ein Treibgas
von 800° C erzeugt, das auf beiden Böden die Kohlenpartikel aufwirbelt. Im oberen Boden erfolgt bevorzugt
eine Trocknung, im unteren Boden ein Austreiben von Verunreinigungen. Über dem Austrag werden pro Stunde
240 kg reaktivierte Aktivkohle abgezogen. Das Adsorptionsvermögen ist wiederum gleich einer Frischkohle.
Hierzu 2 Biatt Zeichnungen
40
50
55
60
Claims (3)
1. Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von verunreinigten kohlenstoffhaltigen
Adsorptionsmittel»! mit mindestens zwei übereinander angeordneten Wirbelbetten, einer Zuführungsstelle für Ausgangsmaterial und Abführungsstelle
für Treibgas vom freien Raum des oberen Wirbelbettes, Verbindungsleitungen zwischen den Wirbelbetten,
einer Austrittsstelle am unteren Wirbelbett für die behandelten Stoffe, einem Feuerraum unterhalb
des unteren Wirbelbettes sowie Luftzuführungsrohren unterhalb des oberen Wirbelbettes,
dadurch gekennzeichnet, daß das obere Wirbelbett (12) mit dem oder den unteren Wirbelbetten
(5) über ein oder mehrere von Stufe zu Stufe außerhalb des.Reaktors (1) geführte, mit gasdichten
Feststoffschleusen (11) ausgestattete Rohre im wesentlichen
(Id) verbunden ist
2. Reaktor nach Anspruch 1, jedoch ohne Luftzuführungsrohre
unterhalb des oberen Wirbelbettes, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Wirbelbett
(12a,} gegenüber dem oder den unteren Wirbelbetten (5) einen 10—30% kleineren Durchmesser besitzt
3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des oberen Wirbelbettes (12)
am Reaktor (1) ein Zündbrenner (17) installiert ist
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