DE2813227C2 - Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von verunreinigten kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln - Google Patents

Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von verunreinigten kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln

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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 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.
Beispiel 1
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).
Beispiel 2
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)

Patentansprüche:
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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