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Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Adsorptions-
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und Desorptionsvorgängen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Durchführung von Adsorptions- und Desorptionsvorgängen unter Verwendung von adsorbierenden
Substanzen in Form eines Bettes aus losen Partikeln, durch die die wechselweise
zu reinigenden Medien und desorbierende Medien hindurchgeführt werden, sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung #dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, zur Entfernung von Schadstoffen aus Gasen oder Gasgemischen,
beispielsweise zur Entfernung von S02 aus Rauchgas, letzteres durch ein Bett hindurchzuführen,
welches aus einer Vielzahl von Partikeln aus einem Material mit adsorbierenden Eigenschaften,
beispielsweise Aktivkohle oder Ad:;orptionskoks, besteht.
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Es ist weiterhin bekannt, die von den adsorbierenden Substanzen aufgenommenen
Stoffe zu desorbieren, also zu lösen und zu entfernen, so dass die adsorbierenden
Substanzen erneut verwendet werden können. Häufig wird der Desorption noch eine
Zwischenbehandlung nachgeschaltet, durch die die Substanzen, also beispielsweise
der vorerwähnte Koks, aktiviert werden sollen. Im allgemeinen handelt es sich dabei
um Massnahmen, die eine Vergrösserung der für die Adsorption wesentlichen Oberflächen
bewirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass Adsorption und Desorption
zyklisch, d. h. in einem geschlossenen Kreislauf in regelmässiger Folge sich wiederholend
ablaufen. Die dazu verwendete Vorrichtung soll in ihrem Aufbau und in ihrer Handhabung
einfach sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass das unterseitig
durch einen für gasförmige Medien durchlässigen Boden begrenzte Bett innerhalb eines
Gehäuses auf einer geschlossenen Bahn aufeinanderfolgend durch wenigstens zwei in
Bewegungsrichtung hintereinanderliegende Bereiche hindurchgeführt wird und im ersten
Bereich die das Bett bildenden Teilchen aus dem zu reinigenden Medium Stoffe adsorbieren
und im zweiten Bereich die adsorbierten Stoffe durch ein anderes Medium desorbiert
werden.
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Dies bedeutet, dass das Bett in einem vorzugsweise kontinuierlich
stattfindenden Kreislauf durch den Adsorptionsbereich und den Desorptionsbereich
sowie ggf. vorhandene, weitere Bereiche hindurchgeführt wird, wobei die einzelnen
Vorgänge, also beispielsweise Adsorption und Desorption, gleichzeitig ablaufen.
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D. h., dass das Bett im Zuge seiner Bewegung sämtliche Bereiche durchwandert
und dabei in jedem Bereich einer bestimmten Behandlung unterzogen wird, wobei die
das Bett bildenden Partikel
Vom Eintritt in einen bestimmten Bereich
bis zum Austritt aus diesem Bereich eine Veränderung erfahren. Im Adsorptionsbereich
besteht diese Veränderung darin, dass die Partikel im Verlauf des Durchgangs durch
diesen Bereich mit den zu adsorbierenden Substanzen beladen werden. Die in beladenem
Zustand in den Desorptionsbereich eintretenden Partikel werden beim Durchgang durch
diesen Bereich durch Desorption der Beladung von dieser befreit. In weiteren Bereichen
können, wie gesagt, weitere den folgenden Adsorptionsschritt förderende Behandlungen
durchgeführt werden.
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Als besonders zweckmässig hat sich eine Verfahrensführung herausgestellt,
bei welcher im Adsorptionsbereich das die zu adsorbierenden Stoffe enthaltende Medium
von unten nach oben derart durch das Bett geführt wird, dass dieses unter Bildung
eines Wirbelbettes aufgelockert wird. Entsprechendes gilt auch für den Desorptionsbereich
und ggf. weitere vorhandene Bereiche. Es ist allerdings auch möglich, und ggf. zweckmässig,
in wenigstens einem der Bereiche das diesen durchströmende Medium von oben nach
unten durch das Bett zu führen. In diesem Fall wird sich ein Festbett aus lose geschüttetem
Material ausbilden. Es ist somit möglich, das Bett in sämtlichen Bereichen in der
gleichen Weise, beispielsweise als Wirbelbett oder als Festbett auszubilden. Andererseits
kann es aber auch zweckmässig sein, unterschiedliche Ausbildungen des Bettes in
den einzelnen Bereichen zu haben.
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Zweckmässig wird das Bett, unabhängig davon, wie es ausgebildet ist,
insbesondere, ob es über seine gesamte Länge einheitlich ausgebildet ist, auf einer
kreisförmigen Bahn durch die entlang dieser Bahn angeordneten Bereiche hindurchgeführt
werden, so dass es in Draufsicht eine kreisringförmige Ausgestaltung hat. Es ist
aber auch denkbar, das Bett entlang etwa einer elliptischen Bahn durch die einzelnen
Bereiche hindurchzubewegen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung
von Adsorptions- und Desorptionsvorgängen, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II
der Fig. 1.
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Innerhalb eines aus Ober- und Unterteil bestehennden zweiteiligen
Gehäuses 10 ist ein horizontaler, kreisförmiger Durchströmboden 12 angeordnet, der
um eine vertikale, durch seinen Mittelpunkt gehende Achse vorzugsweise kontinuierlich
und mit regulierbarer Geschwindigkeit rotiert. Das Gehäuse 10 besteht aus einem
oberen Abschnitt 14 und einem unteren Abschnitt 16, zwischen denen der Durchstromboden
12 angeordnet ist. Beide Abschnitte 14 und 16 sind durch überwiegend vertikale Trennwände
18 und 20 in Kammern 22, 24 und 26 unterteilt. Die Anordnung ist dabei so getroffen,
dass die Trennwände oberhalb des Siebbodens 12 in einem kurzen, durch Schiebebleche
27 bezüglich seiner Höhe verstellbaren Abstand von diesen Enden, so dass zwischen
der oberen Begrenzung des aurchstrnbadens 12 und den unteren Begrenzungen der Tennwände
ein Durchgang frei bleibt, dessen Höhe so bemessen ist, dass auf dem
Durchströmboden
12 befindliches Adsorptionsmaterial, beispielsweise in Form von Adsorptionskoks,
im Zuge der Drehbewegung des Durchströmbodens 12 in Richtung des Pfeiles 28 durch
diesen Durchgang hindurch von einer Kammer in die folgende gelangen kann. Es ist
aber auch möglich, die Einstellung der oberen Begrenzung so vorzunehmen, dass in
Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Durchströmbodens 12 die das Bett bildenden
Partikel sich an den Trennwänden leicht stauen, so dass eine Anhäufung von Partikeln
entsteht. Dadurch wird ein durch das Haufwerk selbst bewirkter abdichtender Effekt
erreicht. Die unterhalb des Durchströmbodens 12 befindlichen Abschnitte der Trennwände
können so nahe an den Durchströmboden herangeführt sein, wie es in Anbetracht von
dessen Rotationsbewegung möglich ist. Ggf. kann die Anordnung sogar so getroffen
sein, dass die unterhalb des Durchströmbodens 12 befindlichen Abschnitte der Trennwände
mit Dichtleisten versehen sind, die an der Unterseite des Durchströmbodens anliegen.Jede
der drei Kammern 22, 24 und 26 ist am oberen und unteren Ende mit jeweils einer
Leitung 30, 32, 34 bzw. 36, 38 und 40 verbunden. Diese Leitungen dienen in Abhängigkeit
von der Strömungsrichtung des sie durchfliessenden Mediums als Zuleitungen und Ableitungen.
Der Durchströmboden 12 wird von einem Ring 42 getragen, der aus Gründen der Übersichtlichkeit
in der Ansicht gemäss Fig. 1 nur an den Seiten dargestellt ist. Dieser Ring 42 ist
oberseitig mit einem Zahnkranz 44 versehen, mit welchem ein Ritzel 46 kämmt, das
von einem Motor 48 angetrieben wird. Um den Umfang des Gehäuses 10 verteilt sind
Tragrollen 50 angeordnet, auf denen der Ring 42 abgestützt ist. Auf dem Durchströmboden
12 befindet sich eine Schicht aus mehr oder weniger gleichmässig verteilten Teilchen
aus adsorptivem
Material, beispielsweise Adsorptionskoks. Durch
die der Kammer 22 zugeordnete Leitung 36 wird ein zu reinigendes Medium, beispielsweise
Rauchgas, das von SOL befreit werden soll, in die Kammer 22 eingeführt. Dabei sind
durch in der Zeichnung nicht dargestellte, an sich bekannte Mittel, so z. B. durch
differenzierte Durchströmquerschnitte, Vorkehrungen getroffen, dass das Medium sich
möglichst gleichmässig über den Querschnitt der Kammer 22 und somit über den innerhalb
derselben jeweils befindlichen Bereich des Siebbodens 12 und des darauf befindlichen
Bettes verteilt. Die Geschwindigkeit, mit welcher das gasförmige Medium durch die
Kammer 22 und den Siebboden 12 sowie die darüber befindlichen Teilchen geführt wird,
ist so gewählt, dass diese Teilchen aus adsor#-tivem Material eine Wirbelschicht
bilden, die die üblichen günstigen Voraussetzungen für den Stoffaustausch zwischen
dem zu reinigenden Medium, das zugleich die Wirbelung des Bettes bewirkt, und den
Feststoffteilchen aufweist. Das gereinigte Medium, also beispielsweise von SO befreites
Rauchgas, wird durch die Leitung 30 abgeführt. Aufgrund der Drehbewegung des Siebbodens
12 in Richtung des Pfeiles 28 gelangen die beladenen Teilchen aus dem in der Kammer
22 befindlichen Adsorptionsbereich in den in Drehrichtung dahinter liegenden Desorptionsbereich
in der Kammer 24. Hierbei ist davon auszugehen, dass im Bereich der Trennwand 18,
soweit letztere die Kammer 22 von der Kammer 24 trennt, das Wirbelbett ohnehin weniger
stark ausgeprägt ist, da einmal aufgrund des Vorhandenseins der Trennwand 18 die
die Wirbelung bewirkende Strömung des Mediums nicht derart gleichmässig ist wie
in den weiter entfernt von der Trennwand 18 befindlichen Bereichen.
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Hinzu kommt, dass aufgrund der Reibung der Teilchen im Zuge ihrer
Bewegungen innerhalb des Wirbelbettes an der Trennwand 18 das Wirbelbett im Bereich
der Trennwand weniger stark ausgeprägt ist mit dem Ergebnis, dass ein grösserer
Teil der Partikel mit dem Siebboden 12 in Berührung ist und von diesem durch den
Durch gang 52 zwischen obererer Begrenzung des Siebbodens 12 und der Unterkante
der Trennwand 18 hindurch in die Kammer 24 mitgenommen wird.
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Durch letztere wird ebenfalls ein Medium von unten nach oben hindurchgeführt,
welch#es insbesondere bezüglich Zusammensetzung und Temperatur so beschaffen ist,
dass es die adsorbierten Stoffe von den Adsorptionsteilchen löst, also desorbiert.
Auch hier gilt, dass sich ein Wirbelbett ausbildet, welches optimale Voraussetzung
für die gleichmässige Verteilung des Desorptionsmediums sowie W&rme- und Stoffaustausch
schafft.
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Die in von der Kammer 24 gebildeten Desorptionsbereich von der fleladungzumindest
weitgehend befreiten Fesistoffpartikel gelangen im Zuge der Drehbewegung des Siebbodens
12 in der bereits beschriebenen Weise durch den Durchgang zwischen Trennwand 20
und Oberseite des Siebbodens 12 in die dritte Kammer 26, durch die ebenfalls ein
gasförmiges Medium von unten nach oben hindurchgeführt wird, das oberhalb des Siebbodens
12 ein Wirbelbett aufbaut. Die Funktion dieses Mediums hängt von den jeweiligen
Umständen ab. So wird es dann, wenn die Desorption unter erhöhten Temperaturen stattfindet,
im wesentlichen <iazu dienen, die Feststoffpartikel auf die für den Adsorptionsvorgang
optimale Temperatur
herunterzukühlen, bevor die Teilchen durch
den Durchgang zwischen der Oberseite des Siebbodens 12 und der unteren Kante des
zwischen den Kammern 26 und 22 befindlichen Abschnittes der Trennwand 18 in den
durch die Kammer 22 gebildeten Adsorptionsbereich gelangen.
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Die Geschwindigkeit, mit welcher das Bett in Richtung des Pfeiles
28 rotiert, ergibt sich aus den jeweils erforderlichen Adsorptions-und Desorptionsleistungen.
Durch Einstellung der Drehgeschwindigkeit des Siebbodens 12 kann diese Leistung
innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden. Zwar ist jedenfalls dann, wenn in
sämtlichen Bereichen bzw. Kammern 22, 24 und 26 das jeweilige Medium von unten nach
oben unter Bildung eines Wirbelbettes strömt, davon auszugehen, das die Rotationsgeschwindigkeit
des Bettes nicht übereinstimmt mit der des Siebbodens 12. Dies ändert jedoch nichts
an der Tatsache, dass durch Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit des Siebbodens
12 auch die des Bettes verändert werden kann.
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Im übrigen besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, einen
Teil der oder alle Medienströme von oben nach unten durch die jeweilige Kammer hindurchzuführen
mit dem Ergebnis, dass sich in diesen Kammern ein lose geschüttetes Bett auf dem
Siebboden 12 auflagert. Die Rolationsgeschwindigkeit eines solchen Bettes würde
weitgehend mit der des Siebbodens 12 übereinstimmen. Bei Führung des Mediums von
oben nach unten in wenigstens einer der Kammern, vorzugsweise der Kammer 26, da
es, wenn das Medium in dieser Kammer lediglich Kühlfunktionen hat, nicht unbedingt
notwendig sein wird, ein Wirbelbett aufzubauen, könnte eine Annäherung der Rotationsgeschwindigkeit
auch
der Wirbelbettbereiche in den Kammern 22 und 24 an die Rotationsgeschwindigkeit
des Siebbodens 12 erreicht werden, da der synchrone Transport im Bereich der Kammer
26 zwangsläufig zur Folge hat, dass auch aufgrund der Tendenz zur gleichmässigen
Verteilung die Partikel in den Kammern 22 und 24 schneller durch diese Kammern in
Rotationsrichtung hindurchbewegt werden.
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Wenngleich es unvermeidbar sein wird, dass an den Grenzen zwischen
den einzelnen Kammern ein Teil des Mediums aus der einen in die andere Kammer übertritt,
ist dies für die Funktion der Vorrichtung unbeachtlich, da es sich hierbei nur um
kleine Mengen handelt, die die Wirkungsweise der Vorrichtung nicht beeinträchtigen.
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Hinzu kommt, dass die Durchgänge 52 durch die sich auf dem Boden entlang
ihrem Längsverlauf bildenden Teilchenansammlungen ohnehin teilweise verschlossen
werden. Im übrigen kann ein Übertritt des einen Mediums in den Bereich des anderen
Mediums ohnehin durch Einstellung entsprechender Druckverhättnisse innerhalb des
Gehäuses 10 und der einzelnen Kammern auf ein Minimum verringert werden.
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Die Abdichtung der Wandungen des Gehäuses 10 gegenüber dem Ring 42
erfolgt über Labyrinthdichtungen 54 und 56, die zugleich eine Drehbewegung des Ringes
42 gegenüber dem Gehäuse ermöglichen.
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Der Siebboden 12 ist an seinem Umfang mit einem nach oben flanschartig
vorstehenden Ring 58 versehen, der das auf den Boden
12 befindlich
@ Bett aus adsorbierenden Partikeln begrenzt.
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