DE2951525A1

DE2951525A1 - Verfahren fuer die behandlung eines gases zum entfernen von verunreinigungen

Info

Publication number: DE2951525A1
Application number: DE19792951525
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kinoshita; Toshiaki Kurihara; Nobuyoshi Takahashi
Original assignee: Nittetsu Kakoki KK
Current assignee: Nippon Steel Eco Tech Corp
Priority date: 1978-12-26
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-07-17
Also published as: JPS5589615A; GB2044901A; JPS6139563B2

Description

Verfahren für die Behandlung eines Gases zum
Entfernen von Verunreinigungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Gases für die Entfernung von Verunreinigungen durch Verbrennung.

Für die Behandlung eines Gases, das Verunreinigungen wie CO,
HCN, organische Lösungsmittel, Amine und Sulfide enthält, durch Verbrennung, ist in breitem Maße ein Verfahren angewendet worden, bei dem ein Strom aus diesem Gas zum Wäremeaustauschkontakt mit zwei Betten aus Wärmeaustauschmaterial geleitet wird, zwischen denen es durch einen Brenner oder Ofen zum Zwecke der

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Verbrennung der Verunreinigungen erhitzt wird. Bei diesem Verfahren wird das Gas durch Kontakt mit dem stromaufwärts von dem Brenner oder Ofen gelegenen Bett vorerhitzt und dann abgekühlt, indem es Wärme an das stromabwärts von dem Brenner oder Ofen gelegene Bett abgibt, wobei die Richtung des Gasstromes periodisch gewechselt wird, so daß die Betten abwechselnd dazu dienen, das Gas vorzuerhitzen und Wärme von dem Gas, das durch den Brenner oder Ofen erhitzt worden ist, zu absorbieren.

Als Wärmeaustauschmaterial für die gepackten Betten wurden herkömmlicherweise Schamottziegel verwendet. Ein Füllkörper- oder gepacktes Bett, das durch Ziegel gebildet wird, besitzt jedoch eine auf die Volumeneinheit bezogene Wärmeübergangsoberfläche,

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die nur 10 bis 25 m /m ist, und ein relatives Porenvolumen bzw. eine Porosität, die nur 0,3 beträgt, was zu einem Ofenaufbau mit großen Abmessungen im ganzen und hohen Produktions- und Betriebskosten führt. In einem Versuch, diese Nachteile zu beseitigen, wurde vorgeschlagen, keramische oder metallische Packungselemente zur Bildung der Füllkörper- oder gepackten Betten mit einer Wärmeübergangsoberfläche von 100 bis 400 m /m und einem relativen Porenvolumen oder Hohlraumverhältnis von 0,7 bis 0,74 zu verwenden, und zwar z.B. Raschig - Ringe und Sattelfüllkörper zu verwenden, die allgemein in Füllkörpertürmen für Gas-Flüssigkeits-Kontakt eingesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Packungs- oder Füllkörpermaterialien mit großen spezifischen Oberflächen und Hohlraumverhältnissen nachteilige Einflüsse auf den Wirkungsgrad der Behandlung schädlicher Substanzen ausüben.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, durch das der Wirkungsgrad der Verbrennungsbehandlung eines Verunreinigungen enthaltenden Gases in einem Regenerativofen verbessert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Entfernung von Verunreinigungen aus einem derartigen Gas mit einem Ofenaufbau kleiner Abmessun-

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gen einwandfrei durchgeführt werden kann.

Es ist eine spezielle Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine vollständig kontinuierliche Verbrennungsbehandlung eines derartigen Gases mit einem extrem verbesserten Wirkungsgrad gestattet.

Zur Lösung der oben angegebenen Aufgaben liefert die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren für die Behandlung eines Gases zum Entfernen von Verunreinigungen aus diesem Gas durch Verbrennung in einem Veraschungssystem, das eine allgemeine Verbrennungszone für die Verbrennung der Verunreinigungen und wenigstens zwei Füllkörper- oder gepackte Betten aus Wärmeaustauschmaterial umfaßt, die in Fluidkommuni^kation miteinander durch die allgemeine Verbrennungszone angeordnet sind, wobei das Gas, das behandelt werden soll, nacheinander in Wärmeaustauschkontakt mit zwei dieser Füllkörper- oder gepackten Betten

geführt wird, um das Gas in dem stromaufwärts von der Verbren-Bett
nungszone gelegenen/ vorzuerhitzen, dann die darin enthaltenen Verunreinigungen in dieser Verbrennungszone zu verbrennen und das stromabwärts/der Verbrennungszone gelegene Bett zu erhitzen, wobei die Richtung des Gasflusses periodisch gewechselt wird, um das jeweilige erhitzte Bett jeweils abwechselnd zum Vorerhitzen des zu behandelnden Gases zu benutzen. Die Verbesserung umfaßt die Verfahrensschritte:

(a) Ändern der Richtung des Gasflusses durch das Verbrennungssystem jedesmal, wenn das von dem Verbrennungssystem ausströmende Abgas eine Temperatur erreicht, die wenigstens 20 C höher als die des zu behandelnden Gases ist, und

(b) Rückzirkulierenlassen eines Teiles dieses Abgases mit einer Temperatur, die wenigstens 20 C höher als diejenige des zu behandelnden Gases liegt, in das Verbrennungssystem anstelle des zu behandelnden Gases über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um das Verbrennungssystem zu reinigen.

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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung, die nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.

In den Zeichnungen zeigen:

und die Stellungen Figuren 1 bis 3 schematische Darstellungen, die die Lage/von

Ventilen und die Gasdurchflußrichtungen in einem Regenerativofen für die Gasbehandlung mit zwei Füllkörper- oder gepackten Betten zeigen;

Figur 4

eine graphische Darstellung, die die Temperaturverteilung der Füllkörper- oder gepackten Schicht und die Temperaturverteilungen von verunreinigtem Gas und Abgasflüssen in dem Füllkörper- oder Packungsbett zeigt;

Figur 5

eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Reinigungsgas-Zuführungszeit und dem Wirkungsgrad der Entfernung schädlichen Materials;

Figur 6

eine horizontale Querschnittsansicht entlang einer Linie I - I aus Figur 7, die schematisch einen Ofen mit drei Füllkörper- oder Packungsbetten zeigt;

Figur 7

eine Querschnitts-Aufrißansicht entlang einer Linie II - II in Figur 6 und

Figur 8

ein Zeitablaufdiagramm, das die Steuerung und den Zeitablauf für das Schalten von Durchflußsteuerventilen spezieller angibt.

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Es wird nun auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen. Die Veraschungs- oder Verbrennungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach dieser Erfindung umfaßt einen Ofen 10, üblicherweise mit einer zylindrischen Gestalt, dessen Innenraum durch ein Trennwandglied 12 in zwei oder mehr aneinanderstoßende, seitlich nebeneinander liegende Kammern unterteilt ist. Jede Kammer ist mit einem Füllkörper- oder Packungsbett 21a oder 21b aus Wärmeaustauschmaterial versehen, das auf einer(nicht dargestellten) gasdurchlässigen Platte getragen wird. Das Trennwandglied 12 besitzt eine allgemeine öffnung an seinem oberen Ende, durch die die Füllkörperbetten 21a und 21b miteinander in Gaskommunikation stehen.

Die Füllkörperbetten werden bei der vorliegenden Erfindung aus keramischen oder metallischen Elementen mit einem Nenndurchmesser von etwa 1,9 bis 7,6 cm (3/4 bis 3 Zoll) gebildet. Die Wärmeübertragungsoberfläche pro Volumeneinheit und das Hohlraumverhältnis (die der Porenziffer entspricht) des Füllkörperbettes hängen von der besonderen Art der Elemente ab, liegen

2 3 jedoch im allgemeinen in dem Bereich von 350 bis 60 m /m bzw. 0,6 bis 0,95.

Der gemeinsame Raum 20 über den Füllkörperbetten 21a und 21b dient als eine·Verbrennungszone und ist mit einem Brenner 11 versehen, dem Hilfsbrennstoff und Luft durch die entsprechenden Leitungen 1 bzw. 2 zugeführt werden. Unter den entsprechenden Betten 21a und 21b sind untere Kammern 5a und 5b für die gleichmäßige Zuleitung zu den Füllkörperbetten und die gleichmäßige Ableitung der Gase von den Füllkörperbetten ausgebildet. Die unteren Kammern 5a und 5b stehen jeweils entsprechend mit einem Ende der Gaseinlaßleitungen 3a und 3b für unbehandeltes Gas in Verbindung, deren anderes Ende mit einer Zuführungsleitung 3 für ein unbehandeltes Gas durch die Einlaßventile 7a bzw. 7b für unbehandeltes Gas verbunden ist. Weiterhin sind die unteren Kammern 5a und 5b jeweils mit einem Ende der Ablaßleitungen 4a bzw. 4b für Verbrennungsgas verbunden, deren anderes Ende

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seinerseits über Gasauslaßventile 8a bzw. 8b für Verbrennungsabgas und ein Gebläse 6 mit einer Gasabzugsleitung 4 für Verbrenungsgas verbunden ist. Die unteren Kammern 5a und 5b stehen weiterhin jeweils mit einem Ende von Gaszuführungsleitungen 13a und 13b für rückgeführtes Gas in Verbindung, deren anderes Ende jeweils über Gaszuführungsventile 9a bzw. 9b für rückgeführtes Gas mit einer Rückführungsgasleitung 13 für Abgas verbunden ist. Die Rückführungsgasleitung 13 für Abgas ist mit einer Verbrennungsgas-Entnahmeleitung 4 verbunden. In den Figuren 1 bis 3 befinden sich die durch schwarze Symbole gezeichneten Ventile in geschlossenen Stellungen, und die mit weißen Symbolen gezeichneten Ventile befinden sich in offenen Stellungen.

Der Betrieb der Verbrennunganlage mit der oben beschriebenen Anordnung ist folgendermaßen: Zuerst werden die Ventile 8a, 9a, 7b und 9b geschlossen, während die Ventile 7a und 8b geöffnet werden, wie es in Figur 1 gezeigt ist, um den zu behandelnden Gasstrom durch die Leitung 3 und Ventil 7a durch die Saugwirkung des Gebläses 6 dem Ofen 10 zuzuführen. Das Gas, das in die untere Kammer 5a eingelassen worden ist, wird durch das Füllkörperbett 21a geleitet und dadurch vorerhitzt, bevor es in die Verbrennungskammer 20 eintritt. Der Brenner 11 in der Zone 20 wird mit Luft und, wenn es notwendig ist, mit einem Hilfsbrennstoff wie z.B. Heizölen, versorgt, um das vorerhitzte Gas auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreichend ist, um Verbrennung der schädlichen in dem Gas enthaltenen Substanzen zu bewirken. Das heiße Verbrennungsgas, das in der Verbrennungzone 20 erzeugt wird, wird durch das Füllkörperbett 21 b und die untere Kammer 5b geleitet und durch das Ventil 8b zu derVerbrennungsgas-Ablaßleitung 4 geschickt, um das Verbrennungsgas mit oder ohne weitere Behandlung in die Luft abzulassen.

Während der oben beschriebene Betrieb über eine bestimmte Zeitdauer fortgesetzt wird, wird die Temperatur des Füllkörperbettes 21a abgesenkt, da seine Wärme von dem durch das Bett geleiteten Gas

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entnommen worden ist. Andererseits steigt die Temperatur des Füllkörperbettes 21b durch den Kontakt mit dem heißen Verbrennungsgas. Daher wird die Temperatur des abgesaugten Verbrennungsgases mit dem Temperaturanstieg des Füllkörperbettes 21b erhöht. Wenn das Abgas eine vorherbestimmte Temperatur erreicht, erzeugt eine (nicht gezeigte) Steuereinheit automatisch ein Ventilschaltsignal, um das Ventil 7a in die geschlossene Stellung und das Ventil 9a in eine offene Stellung zu schalten, wie es in Figur 2 gezeigt ist, wodurch ein Teil des abgesaugten Verbrennungsgases, das durch die Leitung 4 strömt, anstelle des unbehandelten Gases in den Ofen zurückzirkuliert, um als ein Spülgas für das Verbrennungssystem zu dienen. Das in den Ofen eingelassene Abgas wird durch die untere Kammer 5a, das Füllkörperbett 21a, die Verbrennungszone 20 und das Füllkörperbett 21b geleitet. Durch diese Rückzirkulation des Abgases wird das unbehandelte Gas, das in den Räumen der unteren Kammer 5a und des Füllkörperbettes 21a verbleibt, in die Verbrennungzone 20 gespült und dort verbrannt. Als Folge der Rückzirkulation des heißen Abgases wird die Temperatur des Füllkörperbettes 21a auf einen Wert erhöht, der höher als seine Temperatur in dem vorhergehenden Verfahrensschritt ist, bei dem das unbehandelte Gas hindurchgeleitet wurde, wodurch bewirkt wird, daß die adsorptionsfähigen schädlichen Substanzen, die in dem Füllkörperbett 21a verbleiben, von diesem desorbiert werden und durch das rückzirkulierte Abgas zur pyrolytischen Zersetzung in der Verbrennungszone 20 fortgetragen werden.

Nach Fortsetzung des Spülbetriebes über eine vorherbestimmte Zeitdauer werden die entsprechenden Ventile auf die in Figur 3 gezeigten Stellungen umgeschaltet. Spezieller gesagt, die Ventile 9a und 8b werden geschlossen, während die Ventile 8a und 7b geöffnet werden, was dieses Mal gestattet, daß das Gas in einer umgekehrten Richtung, d.h. von der unteren Kammer 5b, zum Füllkörperbett 21b, Verbrennungskammer 20, Füllkörperbett 21a und der Leitung 4 strömt. Das Gas wird, wenn es durch das Füllkörperbett 21b strömt, durch die Wärme vorerhitzt, die in dem Füllkörperbett 21b während des vorhergehenden Betriebes aufgespeichert worden war. Das verunreinigte Gas wird auf diese

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Weise über eine vorherbestimmte Zeitdauer behandelt, und wenn die Temperatur des Abgases von dem Bett 21a den oben beschriebenen vorherbestimmten Bereich erreicht, werden die Ventile wieder umgeschaltet (das Ventil 7b geschlossen und das Ventil 9b in Fig.3 geöffnet),um einen Teil des Abgases, das durch die Leitung 4 strömt, in einer Richtung, die entgegengesetzt dem Rückzirkulierungsbetrieb der Figur 2 ist, zu dem Ofen zurück zuführen. Das Abgas wird so durch das Verbrennungssystem geleitet, daß aus den Füllkörperschichten 21a und 21b und der Verbrennungszone 20 gebildet wird. Nach dem Spülen des Ofens auf diese Weise über eine vorherbestimmte Zeitdauer werden die Ventile auf die Anfangsstellungen, die in Figur 1 gezeigt sind, umgeschaltet und der obenbeschriebene Betriebszyklus in der gleichen Weise wiederholt.

Figur 4 zeigt die Temperaturverteilungen T-a und T-b in den Füllkörperbetten 21a und 21b während des Betriebs gemäß Figur zusammen mit den Temperaturverteilungen T-Ga und T-Gb in den Gasflüssen Ga und Gb in den Füllkörperbetten 21a und 21b in entsprechender Weise. In dieser Figur gibt die vertikale Achse die Höhe der Füllkörperbetten 21a und 21b von den entsprechenden unteren Kammern an, die an dem Punkt X (wo jedes Füllkörperbett der unteren Kammer ausgesetzt ist) null ist und ihr Maximum an dem Punkt Y besitzt (wo jedes Füllkörperbett der Verbrennungszone 20 ausgesetzt ist) . Die horizontale Achse stellt die Temperatur der oben beschriebenen Gasströme Ga und Gb und der Füllkörperbetten 21a und 21b dar, wobei die Temperatur in der Richtung des Pfeiles höher wird. In Figur 4, in der die Temperaturverteilungen der Gasströme Ga und Gb und der Füllkörperbetten 21a und 21b zu einem Zeitpunkt aufgetragen sind, der unmittelbar vor dem Schalten der Ventile liegt, zeigt die Kurve T-Ga die tiefste Temperaturverteilung in dem unbehandelten Gasstrom Ga, die Kurve T-Gb zeigt die höchste Temperaturverteilung des Verbrennungsgasstromes, die Kurve T-a zeigt die niedrigste Temperaturverteilung in dem Füllkörperbett 21a, und die Kurve T-b zeigt die höchste Temperaturverteilung in dem Füllkörperbett 21b. Die entsprechenden Temperaturverteilungen beim Betrieb, wie er

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in Figur 3 dargestellt ist, werden durch einfaches Vertauschen der Bezugsbuchstaben a und b miteinander in Figur 4 erhalten.

In dem thermischen Regenerativofen werden das unbehandelte Gas und das Verbrennungsgas abwechselnd durch die entsprechenden Füllkörperbetten 21a und 21 b geleitet, um die Wärme von dem Verbrennungsgas zu dem unbehandelten Gas durch die Füllkörperbetten zu übertragen. Als Folge dieses wechselnden Durchganges des unbehandelten Gases und des Verbrennungsgases unterliegen die Füllkörperbetten 21a und 21b Temperaturänderungen. Die größte Temperaturänderung tritt sofort nach dem Umschalten des Gasstromes auf. So ändert sich z.B. die Temperaturverteilung des Füllkörperbettes 21a von T-a auf Werte in der Nähe der Kurve T-Gb in Figur 4. Das ist der Fall, da das Füllkörperbett 21a mit der niedrigsten Temperaturverteilung T-a mit dem heißen Gas mit der höchsten Temperaturverteilung T-Gb als Folge des Umschaltens in Kontakt gebracht wird.

Figur 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad der Behandlung (die Entfernungsrate von Verunreinigungen) und der Durchlaufzeit des Spülgases, wie sie bei einem Betrieb erhalten wird, bei dem als zu behandelndes Gas Luft mit Raumtemperatur, die 0,1 bis 0,2 % niedrige Kohlenwasserstoffe mit geringer Adsorptionsfähigkeit (Propangas) enthält, und als ein Spülgas Luft mit Raumtemperatur verwendet werden. In Figur 5 zeigt die Kurve 1 den Verlauf, wenn das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit r des Spülgases zu der des unbehandelten Gases 0,1 ist. In ähnlicher Weise zeigt die Kurve 2 einen Verlauf für r = 0,5; die Kurve 3 einen Verlauf für r = 0,8 und die Kurve 4 einen Verlauf für r = 1,0. Wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich ist, ist es ausreichend, um einen Wirkungsgrad der Behandlung von mehr als 99,9 % bei einem Betrieb, an dem schädliche Substanzen mit geringer Adsorptionsfähigkeit wie niedrige Kohlenwasserstoffe beteiligt sind, zu erhalten, die Bedingungen zu erfüllen, daß die Durchflußgeschwindigkeit des Spülgases wenigstens 0,8 mal so groß wie die des unbehandelten Gases ist und die Durchlaufzeit des Spülgases

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mehr als 7 Sekunden beträgt. Wenn die schädlichen Substanzen jedoch Mercaptane, Amine oder andere Substanzen auf organischer Basis, Aldehyde, organische Säuren, Phenole, Alkohole oder andere Substanzen, die ein Hetero-Atom (z.B. 0, N, S usw.) enthalten, oder einen Geruchsstoff wie einen aromatischen Kohlenwasserstoff mit einem relativ hohen Siedepunkt (z.B. Naphthalin) enthalten, ist es schwierig, einen hohen Wirkungsgrad der Behandlung im Gegensatz zu den Fällen zu erzielen, bei denen nur schädliche Substanzen wie niedrige Kohlenwasserstoffe allein beteiligt sind. Es wurde gefunden, daß mit den oben angegebenen Bedingungen, die für das Gas, das nur niedrige Kohlenwasserstoffe allein enthält, gelten, ein Wirkungsgrad der Behandlung von höchstens 96 bis 98 % in einem derartigen Fall erreicht werden kann. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung als ein Spülgas ein Teil des Verbrennungsgases verwendet, das von dem Verbrennungssystem abgezogen wird und eine Temperatur besitzt, die wenigstens 20°C höher, vorzugsweise wenigstens 50 C höher als die Temperatur des unbehandelten Gases ist. Dies ist vorteilhaft, da das abgesaugte Verbrennungsgas mit einer Temperatur, die höher als die des nicht behandelten Gases ist, leicht aus dem Verbrennungssystem selbst erhältlich ist. Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Temperatur des unbehandelten Gases im allgemeinen im Bereich von Raumtemperatur bis 130C liegt, wird die Temperatur des zurückgeführten Abgases normalerweise in dem Bereich von etwa 50 bis 250 C, vorzugsweise in dem Bereich von 70 bis 200°C bezüglich der Temperatur des unbehandelten Gases bestimmt.

Die optimalen Bedinungen zum Reinigen des Ofens werden entsprechend der Größe und Form des Ofens, der Art und der Zusammensetzungen der Verunreinigungen in dem zu behandelnden Gas, der Temperatur des zurückzirkulierenden Abgases, des erforderlichen Wirkungsgrades der Behandlung und der Kosten der Einrichtung bestimmt. Die Zuführung des unbehandelten Gases zu dem Verbrennungssystem muß beispielsweise, wenn zwei Füllkörperbetten verwendet

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werden, zeitweilig abgestoppt werden, während das Spülgas durch den Ofen geleitet wird. Daher ist es notwendig, das Reinigen oder Spülen in einer so kurzen Zeitdauer wie möglich und mit ausreichender Wirkung durchzuführen. Diese Erfordernisse werden erfüllt, indem das Spülgas dem Ofen mit einer Durchflußgeschwindigkeit (einer Durchflußrate pro Zeiteinheit, 1/sec) von dem 0,5 bis 1,0-fachen, normalerweise dem 0,7 bis 0,9-fachen der Durchflußgeschwindigkeit (1/sec) des unbehandelten Gases und über eine Zeitdauer von 2 bis 15 Sekunden, normalerweise 7 bis 12 Sekunden, in einem Falle zugeführt wird, in dem die Zuführungszeit des unbehandelten Gases etwa 60 Sekunden beträgt. Es können äußerst hervorragende Reinigungswirkungen erzielt werden, wenn diese Bedingungen erfüllt werden. Die gesamte Menge des zugeführten Spülgases beträgt etwa das 1,5 bis 4,5-fache der Summe des Volumens des hohlen Raumes in dem Füllkörperbett auf der stromaufwärts gelegenen Seite plus dem Volumen des inneren Raumes der nächstgelegenen unteren Kammer (d.h. des Volumens des gesamten restlichen unbehandelten Gases innerhalb des Ofens).

Durch die Durchführung der Reinigung unter den oben angegebenen Bedingungen wird das restliche nicht umgesetzte Gas innerhalb des Verbrennungssystems, d.h. innerhalb der Räume der Kammer 5a und des Füllkörperbettes 21a, durch das Spülgas oder das rückzirkulierende Abgas in die Verbrennungszone 20 gespült, und gleichzeitig werden adsorbierende Verunreinigungen in dem Füllkörperbett 21a von diesem freigesetzt und in die Verbrennungszone 20 weggeführt. Die Verunreinigungen werden von dem Füllkörperbett 21a desorbiert, da das Spülgas eine Temperatur besitzt, die höher als die Temperatur T-Ga des unbehandelten Gasstromes ist, wie es aus Figur 4 ersichtlich ist, und die Tetnpe^ ratur des Füllkörperbettes direkt vor der Rückzirkulation des Spülgases von dem niedrigen Temperaturniveau T-a auf einen Temperaturbereich angehoben wird, der für die Desorption der schädlichen Substanzen geeignet ist.

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Die vorliegende Erfindung ist bisher in Verbindung mit einem Verbrennungssystem beschrieben worden, das eine Verbrennungskammer zwischen zwei Packungs- oder Füllkörperbetten aufweist, wie es in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, um die Erklärung zu vereinfachen. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf ein Verbrennungssystem, das drei Packungs- oder Füllkörperbetten in Kombination mit einer Verbrennungskammer besitzt, wie es im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 6 beschrieben wird.

In Figur 6 ist ein Regenerativ-Verbrennungsofen 10 für die pyrolytische Behandlung von gasförmigen schädlichen Substanzen dargestellt, der ein Verbrennungssystem mit Füllkörperbetten 21a, 21b und 21c aufweist, die durch Trennwände 12 voneinander getrennt sind und die durch die darüber ausgebildete allgemeine Verbrennungszone 20 miteinander in Verbindung stehen oder kommunizieren. Ein Hllfsbrenner 11 ist innerhalb der Verbrennungszone 20 vorgesehen, und dieser Brenner 11 erhält Hilfsbrennstoff und Luft durch die entsprechenden Leitungen 1 bzw. 2. Die unteren Kammern, 5a, 5b und 5c (nicht zu sehen) sind unter den entsprechenden Füllkörperbetten 21a, 21b und 21c vorgesehen und dienen dem gleichmäßigen Einleiten und Absaugen von Gasen zu bzw. von den entsprechenden Füllkörperbetten. Die unteren Kammern 5a, 5b und 5c stehen mit einem Ende der T-förmigen Leitungen 15a, 15b und 15c (nicht zu sehen) in Verbindung, deren andere Enden jeweils mit einem Rohrverteiler 3m durch Gaseinlaßventile 7a, 7b und 7c (nicht zu sehen) für unbehandeltes Gas verbunden ist. Der Rohrverteiler 3m ist mit der Zuführungsleitung 3 für unbehandeltes Gas verbunden. Die verbleibenden Enden der T-förmigen Leitungen sind jeweils mit einem Rohrverteiler 4m durch Gasauslaßventile 8a, 8b und 8c (nicht zu sehen) für Verbrennungsabgas verbunden. Der Rohrverteiler 4m ist seinerseits mit der Gasentnahmeleitung 4 für Verbrennungsabgas verbunden. Weiterhin verbunden mit den mittleren Abschnitten der T-förmigen Leitungen 15a, 15b und 15c sind jeweils Gaseinlaßventile 9a, 9b und 9c für rückzirkulierendes Abgas, die wiederum mit einem Gaseinleitungsrohrverteiler 13m für rückzirkulierendes Abgas verbunden sind. Der Rohrverteiler 13m steht über ein Gebläse 6 mit

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einer Abgas-Rückführungsleitung 13 in Verbindung, die wiederum mit der Gasablaßleitung 4 für Verbrennungsabgas verbunden ist. In Figur 6 befinden sich die Ventile, die durch schwarze Symbole angegeben sind, in der entsprechenden geschlossenen Stellung, während sich die durch weiße Symbole angegebenen Ventile in der entsprechenden offenen Stellung befinden.

Zum Bedienen des Ofens 10 mit dem oben angegebenen Aufbau werden die entsprechenden Ventile entsprechend dem Zeitablaufdiagramm der Figur 8 geschaltet. In Figur 8 stellen die trapezförmigen Blöcke die Zeitdauer mit offenem Zustand der jeweiligen Ventile dar, und die Buchstaben I, E und P geben die Art des Gases an, das durch sie hindurchströmt, und zwar bezeichnet I das zu behandelnde Gas, E das Verbrennungsgas und P das Spülgas (rückzirkuliertes Abgas).

Figur 7 zeigt die Ventilstellungen in der Zeitdauer t der Figur 8, in der die Ventile 7a, 8b und 9c offen sind, während die Ventile 7b, 7c, 8a, 8c, 9a und 9b geschlossen sind. Im allgemeinen sind die Öffnungsperioden für die Einlaß- und Auslaßventile etwa 60 Sekunden, und die Zeit, die zum Schalten der Ventile notwendig ist, beträgt 1 bis 2 Sekunden. Die Zeit für das Reinigen oder Spülen beträgt etwa 55 Sekunden. Die Ventile werden entsprechend einer programmierten Reihenfolge auf der Basis der Temperatur an dem jeweiligen stromabwärts gelegenen Ende des jeweiligen Füllkörperbettes geschaltet, was dazu dient, Wärme durch Kontakt mit dem Abgasstrom zu absorbieren. Es wird beispielsweise ein Signal durch einen ein Thermometer umfassenden Detektor erzeugt, wenn die Temperatur des Abgases an dem stromabwärts gelegenen Ende des Bettes 21b einen vorherbestimmten Wert erreicht und in der Richtung der mit Pfeil versehenen abgebrochenen Linie geführt wird, um dadurch das Spülgasventil 9c für das Bett 21 c zu schließen und gleichzeitig das Auslaßventil 8c zu öffnen, danach das Ventil 8b zu schließen, das Ventil 7b zu öffnen, das Ventil 7a zu schließen und das Ventil 9a zu öffnen.

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Der Betrieb unter Verwendung der drei Füllkörperbetten verläuft wie folgt , es wird auf Figur 7 Bezug genommen; ein riechendes schädliches Gas mit 80 C, das durch den Rohrverteiler 3m und das Einlaßventil 7a in die untere Kammer 5a eingeleitet wird, wird, während es durch das Füllkörperbett 21a nach oben geleitet wird, auf etwa 730 C vorerhitzt, bevor es in die Verbrennungszone 20 eintritt. In der Verbrennungszone 20 wird es durch das Verbrennungsgas des Brenners 11 auf 800°C erhitzt und verbleibt darin über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um die Verbrennung der schädlichen Substanzen zu vollenden.

Das in der Verbrennungszone 20 erzeugte Abgas strömt durch das Füllkörperbett 21b nach unten, wobei es abgekühlt wird, indem es seine Wärme an das Füllkörperbett 21b abgibt. Das Abgas strömt dann durch die untere Kammer 5b und das Auslaßventil 8b der T-förmigen Leitung und in den Rohrverteiler 4m, um durch die Auslaßleitung 4 abgegeben zu werden. Ein Teil des Abgases wird durch das Spülgasventil 9c durch den Betrieb des Gebläses 6 zu dem Rückführungsgas-Rohrverteiler 13m und zu der unteren Kammer 5c geleitet, so daß das rückgeführte Abgas durch das Füllkörperbett 21c als ein Spülgas hindurchströmt. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Durchflußrate des rückzierkulierenden Abgases etwa 10 bis 15 % von dem eingelassenen schädlichen Gas. Daher erfordert die Rückführung des Abgases nur Leitungen und Ventile mit geringer Größe.

Wenn die Abgastemperatur an dem stromabwärts gelegenen Ende des Füllkörperbettes 21b einen vorherbestimmten Wert, z.B. 150°C, erreicht, wird ein Signal erzeugt, um die Ventile umzuschalten, woraufhin das Auslaßventil 8c der unteren Kammer 5c geöffnet wird und gleichzeitig das Spülgasventil 9c geschlossen wird. Dann wird das Auslaßventil 8b der T-förmigen Leitung, die mit der unteren Kammer 5b verbunden ist, geschlossen, woraufhin das öffnen des Einlaßventiles 7b der gerade genannten Leitung folgt. Sobald das Einlaßventil 7b geöffnet ist, wird das Einlaßventil 7a der T-förmigen Leitung, die mit der unteren Kammer 5a verbunden ist, geschlossen und gleichzeitig das Spülgaseinlaßventil 9a

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geöffnet. Als Folge dieser Ventilschaltungen wird das eingelassene verunreinigte Gas der Verbrennungszone 20 zugeführt, und zwar dieses Mal durch die untere Kammer 5b und das Füllkörperbett 21b, um die gleiche pyrolytische Behandlung wie vorher beschrieben zu durchlaufen. Die Wärme des entstehenden Abgases wird während seines Durchganges durch das Füllkörperbett 21c aufgesammelt. Das Abgas wird dann von der T-förmigen Leitung, die mit der unteren Kammer 5c verbunden ist, durch das Auslaßventil 8c abgelassen. Ein Teil des Abgases wird durch das Ventil 9a und die T-förmige Leitung 15a in die untere Kammer 5a zurückgeführt und wieder in die Verbrennungszone 20 geschickt, wobei es die T-förmige Leitung 15a, die untere Kammer 5a und das Bett 21a spült.

Durch Wiederholung ähnlicher Ventilschaltungen nacheinander und periodisch für die jeweiligen Füllkörperbetten wird es möglich, die Verunreinigungen von dem verunreinigten Gas durch Verbrennung kontinuierlich mit einer hohen Entfernungsrate insgesamt zu entfernen, ohne daß die Zuführung des Gases zu dem Ofen unterbrochen wird.

Wenn die vorliegende Erfindung auf einen Ofen angewendet wird, der mit drei oder mehr als drei Füllkörperbetten versehen ist, wird wenigstens eines der Füllkörperbetten für den Spülbetrieb durch das rückzirkulierende Abgas verwendet, so daß es nicht notwendig ist, die Zuführung des zu behandelnden Gases zur Zeit der Umschaltung der entsprechenden Durchflußsteuerventile abzustoppen. Das ist äußerst vorteilhaft im Vergleich zu dem Betrieb mit einem Ofen mit zwei Füllkörperbetten. Darüber hinaus kann das Spülen während der Abgasbehandlung durchgeführt werden, indem das Abgas zu einem zu reinigenden Füllkörperbett mit einer Durchflußrate von 5 bis 25 %, vorzugsweise 10 bis 15 %, des eingelassenen verschmutzten Gases durchgeführt werden. Natürlich kann das Reinigen durchgeführt werden, indem eine große Menge Spülgas über eine kurze Zeitdauer hindurchströmen gelassen wird, wie in dem Falle eines Ofens mit zwei Füllkörperbetten, obgleich es im Hinblick darauf, daß Ventile und Gebläse großer Größe notwendig sind und im Hinblick auf die Installationskosten nachtei-

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lig ist.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Wirkungsgrad der Gasbehandlung in einem Regenerativ-Verbrennungsofen durch relativ einfache Ventilumschaltungen drastisch verbessert. Das Verfahren der Erfindung kann auf diese Weise zur Verhinderung von Umweltverschmutzung beitragen und gestattet breite Anwendung, da mit ihm verschiedene schädliche Substanzen, einschließlich Geruchsstoffe, Luftverschmutzungssubstanzen und dergleichen, verarbeitet werden können.

Das folgende Beispiel erläutert die vorliegende Erfindung noch näher.

Beispiel

Ein riechendes Gas mit 50 C (das Phenol, Formaldehyd und organische Lösungsmittel enthielt), das von einem Herstellungsverfahren für gedruckte Schaltplatten abgelassen wurde, wurde gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Verbrennungssystems behandelt. Das Gas wurde kontinuierlich mit einer Rate von 100 Nm /h unter den folgenden Bedingungen dem Ofen zugeführt: Einzelne Gasbehandlungsdauer etwa 60 Sekunden; Temperatur der Verbrennungszone 1100 C; maximale Abgastemperatur 140 C. Zum Spülen wurden normal reine Luft, erhitzte Luft und das Abgas von dem Ofen verwendet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Tabelle 1

Durchfluß	Spülgas	Art	Menge Nm /h	Temp.⁰C	Spül zeit (see.)	Wirkungsgrad
rate des zugeführten Gases	saubere Luft Il Abgas	16 16 16	25 70 140	12 12 12	der Behand lung in % ⁺)
100 Nm³/h 100 Nm³/h 100 Nm³/h	95,5 99,0 >99,9

) Entfernungsrate

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--it-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1/ Verfahren für die Behandlung eines Gases zum Entfernen von Verunreinigungen von diesem Gas durch Verbrennung in einem Verbrennungssystem, das eine gemeinsame Verbrennungszone für die Verbrennung der Verunreinigungen und wenigstens zwei Packungs- oder Füllkörperbetten aus Wärmeaustauschmaterial enthält, die in Gaskommunikation miteinander durch die gemeinsame Verbrennungszone angeordnet sind, in dem das zu behandelnde Gas nacheinander im Wärmeaustauschkontakt mit jedem der zwei Füllkörperbetten um das stromaufwärts von der Verbrennungszone gelegene Bett zu kühlen, dann zum Verbrennen der in dem Gas enthaltenen Verunreinigungen in der Verbrennungszone und dann zum Erhitzen des stromabwärts von der Verbrennungszone gelegenen Bettes geführt wird, wobei die Richtung des Gasstromes periodisch gewechselt wird, um das erhitzte Bett zum Vorheizen des zu behandelnden Gases und das abgekühlte Bett zum Absorbieren der Wärme von dem Gas von der Verbrennungszone auszunutzen ,dadurch g e -

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ORIGINAL INSPECTED

29S1b25

kennzeichnet , daß der Durchgang des zu behandelnden Gases im Wärmeaustauschkontakt mit jedem der zwei Füllkörperbetten jeweils durchgeführt wird, bis das von dem Verbrennungssystem abgezogene Abgas eine Temperatur erreicht, die wenigstens 20°C höher liegt als diejenige des zu behandelnden Gases, und daß, bevor das gekühlte Bett zum Absorbieren der Wärme des Gases von der Verbrennungszone verwendet wird, das gekühlte Bett mit einem Teil dieses Abgases mit einerTemperatur von wenigstens 20 C über derjenigen des zu behandelnden Gases über eine Zeitdauer gespült wird, die ausreichend ist, damit das darin verbliebene unbehandelte Gas in die Verbrennungszone strömen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das Verbrennungssystem drei Füllkörperbetten enthält, denen abwechselnd das zu behandelnde Gas zugeführt wird, wobei das Abgas jeweils eine Temperatur besitzt, die wenigstens 20°C höher als diejenige des zu behandelnden Gases und des Gases von der Verbrennungszone ist.

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