DE3141484A1

DE3141484A1 - "zweistufiger fluessigkeitsbettregenerator"

Info

Publication number: DE3141484A1
Application number: DE19813141484
Authority: DE
Inventors: George Nelson Lexington Va. Brown
Original assignee: Westvaco Corp
Current assignee: Westvaco Corp
Priority date: 1980-10-22
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1982-05-19
Also published as: US4338198A; DE3141484C2; CA1158221A; GB2085419B; JPS57183311A; GB2085419A; DE8130544U1; JPS612610B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von einem nassen verbrauchten Kohlenstoffadsorbens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein zweistufiges Verfahren zum Regenerieren von nassem, verbrauchten Kohlenstoff, der vorhergehend zum Reinigen eines flüssigen oder gasförmigen Stroms verwendet worden ist.

Kohlenstoff ist allgemein wegen seiner adsorbierenden Eigenschaften und/oder absorbierenden Eigenschaften bekannt und wird seit langem zur Entfernung von Verunreinigungen aus Flüssigkeiten oder Gasen verwendet. Auf dem Gebiet der Entfärbung und der Abwasserbehandlung hat Kohlenstoff eine weit verbreitete Anwendung

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und Wirksamkeit gefunden.

Wenn die zu behandelnde Flüssigkeitsmenge relativ klein ist, wird der Kohlenstoff solange benutzt, bis er vollständig aufgebraucht ist, und wird dann ausgeschieden. Bei einer großen Anzahl von industriellen Anwendungen erfordern andererseits die großen Mengen benötigten Kohlenstoffs die Wiederverwendung des Kohlenstoffs aus Gründen der Kostenersparnis. Zu diesem Zwecke sind Regenerationstechniken entwickelt und über Jahre verbessert worden, die feste Absorptionsstoffe, z. B. 'Aluminiumgel, Silikatgel, Molekularsiebe und aktivierten Kohlenstoff, umfassen.

Die gebräuchlichen Mittel, um regenerierten Kohlenstoff zu erzeugen, umfassen die Entfernung von Wasser und die Adsorption von Kohlenstoff, der dann wieder verwendet werden kann. Um das Wasser zu entfernen und von dem Kohlenstoff zu adsorbieren, wird das Wasser verdampft, und der adsorbierte Stoff wird pyrolysiert in flüchtige Bestandteile und gebundenen Kohlenstoff. Der gebundene Kohlenstoff wird von dem regenerierten Kohlenstoff durch chemische Reaktion entfernt, im allgemeinen mit Dampf, um Wasserstoff und Kohlenmonoxyd zu bilden.

Der Regenerationsabgasstrom, der organische flüchtige Stoffe, den Wasserstoff, das Kohlenstoffmonoxyd, den Wasserdampf und Kleinpartikel und andere anorganische flüchtige Stoffe enthält, ist normalerweise nicht dazu geeignet, um in die Umgebung ausgestoßen zu werden.

Normalerweise werden die brennbaren Stoffe, die die organischen Bestandteile einschließen, in einem Nachbrenner verbrannt, wodurch Kohlendioxyd und Wasser

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entstehen, und die anorganischen Stoffe werden dabei oxydiert und zusammen mit den Kleinpartikeln in einer Wascheinrichtung entfernt. Das Wasser der Wascheinrichtung muß entsprechend behandelt werden, und das gereinigte Gas wird dann in die Atmosphäre ausgestoßen.

Bei dem Flüssigkeitsbett-Kohlenstoffregenerätionsverfahren, wie es in der US-PS 4,248,706 beschrieben ist, wird der externe Nachverbrenner eliminiert, und die Hitze wird innerhalb der Regenerationsstufe verwendet, um den Wärmehaushalt des ganzen Regenerationsprozesses 'zu verbessern. Bei diesem ganzen Regenerationsverfahren wird der nasse, verbrauchte Kohlenstoff ebenfalls getrocknet, aber die Hitze, die bei der Veraschung des adsorbierten Stoffes entsteht, wird in diesem Fall verwendet, um die Feuchtigkeit aus dem Kohlenstoff herauszutreiben. In der zweiten Stufe dieses zweistufigen Verfahrens wird der adsorbierte Stoff verflüchtigt und pyrolysiert, und der gebundene Kohlenstoff reagiert mit dem Dampf, um Kohlenwasserstoffmonoxyd und regenerierten Kohlenstoff zu bilden. Der Ausdruck "gebundener Kohlenstoff" wird dazu verwendet, um das verbleibende kohlenstoffhaltige Produkt zu beschreiben, das an dem Kohlenstoffabsorbens durch die pyrolyse Reaktion der

25 adsorbierten Verunreinigungen verbleibt.

Wegen der Effizienz des Gas/Festkonakt in Flüssigkeitsbetten können kleinere Reaktoren oder weniger Hitze eingesetzt werden als in Bewegungsbettregeneratoren. Zusätzlich besitzt dieses bekannte Regenerationsverfahren eine verbesserte Wirtschaftlichkeit über andere Flüssigkeitsbettregeneratoren, da weniger Brennstoff erforder-

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lieh ist, um die Regeneration durchzuführen, weil die adsorbierten Stoffe (die verflüchtigten Stoffe»H_? und CO) in der Veraschungsstufe verbrannt werden, und zwar oberhalb des Regenerationsbettes. Dabei wird die Hitze durch Strahlung und Leitung von der Veraschungszone auf das Regeneratorbett übertragen, wodurch die Menge des zusätzlich erforderlichen Brennstoffes, um die Kohlenstoffregeneration durchzuführen, reduziert wird. Das aus der Veraschungszone austretende Gas wird den Anforderungen entsprechend abgeschreckt und wird dazu benutzt, um den verbrauchten Kohlenstoff in einem Flüssigbetttrockner zu trocknen. Das Austrittsgas des Trockners enthält kleine Partikel und oxydierte anorganische Stoffe, die, falls erforderlich, in einer Wascheinrichtung entfernt werden können. Das saubere Gas wird in die Atmosphäre ausgestoßen.

Die Trocknung des verbrauchten Kohlenstoffs wird normalerweise bei Temperaturen ausgeführt, die einen Dampfstrippen der organischen Stoffe verursachen, und zwar abhängig von den adsorbierten Stoffen. Wenn die adsorbierten Verunreinigungen, die im Trockner verflüchtigt werden, nicht zum Ausstoßen in die Atmosphäre geeignet sind, dann müssen sie aus dem Gasstrom entfernt werden. In vielen industriellen Situationen ist es deshalb erforderlich, einen Nachverbrenner zwischen dem Kohlenstoffregenerator und der Waschvorrichtung vorzusehen.

Auch in der US-PS 4,248,706 ist die Veraschung des Austrittsgases vorgesehen, um Hitze freizusetzen, die zur Erhitzung des Materials dient, das im Verfahren behandelt

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wird, wobei insbesondere die spezifische Verwendung des Auslaßgases der Veraschungszone angegeben ist, um den nassen, verbrauchten Kohlenstoff vor der Regeneration zu kontaktieren. Jedoch ist dort keinerlei Hinweis enthalten, die Trocknungsgase wieder in die Veraschungsvorrichtung zurückzuführen, um die flüchtigen Verunreinigungen vollständig zu entfernen, die dem die Veraschungszone verlassenden Gasstrom während der Trocknung des nassen, verbrauchten Karbons zugefügt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, nasses, verbrauchtes Kohlenstoffabsorbens zu regenerieren, was insbesondere von einem Wasserreinigungssystem erhalten wird, und zwar in einer Weise zu regenerieren, daß die Wirksamkeit des Kohlenstoffs nicht durch überhöhte Verbrennungstemperaturen bei der Kohlenstoffbehandlung nachteilig beeinflußt wird, um die anschließende Wiederverwendung des Kohlenstoffs zu erreichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, aus den Produkten des Reaktivierungsverfahrens Hitzewerte zu gewinnen und die absorbierten Gase vor ihrem Ausstoß in die Atmosphäre unschädlich zu machen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die durch die Reaktivierung gewonnenen Hitzewerte in einem getrennten Trocknungsvorgang günstig einsetzen zu können. Vor allem liegt die durch die vorliegende Erfindung erzielte Verbesserung darin, daß ermöglicht wird, die verbesserten Hitzewerte rein aufbereitungsfördernd einzusetzen und gleichzeitig die unschädliche Zusammensetzung der absorbierten Gase zu erreichen, so daß ihr Ausstoß in die Atmosphäre möglich ist.

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Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Flüssigkeitsbettregenerationsverfahren und der entsprechenden Vorrichtung wird dies dadurch erreicht, daß das Ausflußgas der Trocknungszone rückgeführt wird, das flüchtige, nicht zur Emission geeignete adsorbierte Stoffe enthält, wobei die Rückführung durch die Veraschungszone erfolgt, wobei vermieden wird, daß es erforderlich ist, diese Gase durch einen außerhalb der Regenerationszone liegenden Nachverbrenner zu führen, und somit weitei-uin vermieden wird, die totalen Energieerfordernisse des Regenerationsprozesses zu erhöhen.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Behälter zur Regeneration von verbrauchtem Kohlenstoffabsorbens, wobei Teile seiner Wandung weggeschnitten sind, um den Kohlenstoff während der Behandlung darzustellen; .

Fig. 2 zeigt den oberen Teil bzw. die Trocknungszone des Behälters gernäß Fig. 1, wobei dargestellt ist, daß das Ausflußgas der Trocknungszone mit dem Ausflußgas der Vera.schungszone zum Ausstoß vereint wird;

Fig. 3 stellt den Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 dar, der die erfindungsgemäße Verbesserung aufweist, wodurch das Ausflußgas der Trocknungszone in die Veraschungszone rückgeführt wird.

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Grundsätzlich umfaßt der erfindungsgemäße Prozeß ein integriertes zweistufiges Verfahren, wobei Verbrennungsgas verwendet wird, um vorhergehend getrocknetes, verbrauchtes Kohlenstoffadsorbens zu reaktivieren, und zwar bei Pyrolysebedingungen, um aus diesem verflüchtigbare Verunreinigungen zu entfernen. Die entfernten flüchtigen Verunreinigungen werden in einer derartigen Weise verbrannt, daß die Verbrennungshitze aufgefangen und dazu verwendet wird, um den einkommenden, nassen, verbrauchten Kohle'nstöTf zu trocknen und um Pyrolysebedingungen, die für die Reaktivierung erforderlich sind, 'zu schaffen. Vorzugsweise wird Dampf ebenfalls während der Reaktivierung benutzt, um den gebundenen Kohlenstoff zu entfernen. Auf diese Weise werden die Reaktionsprodukte Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff zusammen mit den flüchtigen Verunreinigungen verbrannt.

Der einkommende nasse, verbrauchte Kohlenstoff wird zuerst in einer fluidisierten Trocknungszone mit heißen Gasen vorerhitzt, die aus einer darüber angeordneten Veraschungszone ausströmen, wie weiter unten im einzelnen beschrieben ist. Vorzugsweise wird die Trocknung des nassen Kohlenstoffes bei Bedingungen durchgeführt, daß die Verflüchtigung der Verunreinigungen im Kohlenstoff möglichst klein gehalten wird. Obwohl die Bedingungen derart geregelt sind, um den Ausstoß der flüchtigen Verunreinigungen von dem nassen, verbrauchten Kohlenstoff in der Trocknungszone auf ein Minimum zu beschränken, ist es kaum möglich, einen derartigen Ausstoß zu vermeiden und zur gleichen Zeit die vollständige Trocknung des Kohlenstoffes zu erreichen. Bei einem solchen Ausstoß ist vorrangig bestimmend derjenige Gebrauch, zu dem

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der nasse, verbrauchte Kohlenstoff, der regeneriert wer den soll, verwendet worden ist. Das Verfahren, bei dem der Kohlenstoff verbraucht worden ist, bestimmt die Menge und die Art der flüchtigen Verunreinigungen, die darin adsorbiert sind. Gewisse flüchtige Verunreinigungen können leichter entfernt werden als andere. Wenn der Ausstoß flüchtiger Verunreinigungen aus der Trocknungszone nicht vermieden oder auf ein Minimum beschränkt wird, und zwar in einem wirksamen Ausmaß, kann der vormals von flüchtigen Verunreinigungen freie Veraschungszonengasausstoß ein mit flüssigen Verunreinigungen gefüllter Trocknungszonengasausstoß werden, der nicht langer zum Ausstoß in die Atmosphäre geeignet ist, ohne daß er vorher durch einen Nachbrenner ge-

!5 leitet wird. Deshalb wird das Trocknungszonenausflußgas rückgeführt, indem es in die Veraschungszone eingeführt wird, wo die adsorbierten Verunreinigungen verascht werden, und der gasförmige Ausstoß wird wieder

durch die Trocknungszone geleitet. 20

Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 zeigt dieses Merkmal der Erfindung (Fig. 3), und zwar im Vergleich mit dem Stand der Technik, wie in Fig. 2 dargestellt. Gemäß dem Stand der Technik, wie in Fig. 2 dargestellt, wird 5 das Trocknungszonenausflußgas mit dem Veraschungszonenausflußgas ausgestoßen. Demgegenüber sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 3 vor, daß das Trocknungszonengas in die Veraschungszone rückgeführt wird.

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Das getrocknete Absorbens, das die flüchtigen Verunreinigungen enthält, wird dann durch die Reaktivierungszone geleitet, wo die Reaktivierung stattfindet zusammen mit dem Verbrennungsgas unter Pyrolysebedingungen, wobei die flüchtigen Komponenten in dem Absorbens von diesem entfernt werden. Der reaktivierte Kohlenstoff und die Verbrennungsgase, die die entfernten flüchtigen Bestandteile enthalten, werden während des Reaktivierungsprozesses erzeugt. Der reaktivierte Kohlenstoff ist somit gewonnen, und die Reaktivierungszonengase werden in die Veraschungszone geleitet, wo sie verbrannt werden, um ein im wesentlichen von flüchtigen Bestandteilen freies Veraschungszonenausflußgas zu bilden. Ein Teil des Veraschungszonenausflußgases wird benutzt, um die Trocknung des einkommenden nassen, verbrauchten Kohlenstoffs zu bewirken, und wird dann rückgeführt zu der Verbrennurigszone. Der übrige Rest des Verbrennungszonenausflußgases wird durch eine Waschvorrichtung geführt, um die oxydierten anorganischen Bestandteile zu entfernen und dann in die Atmosphäre ausgestoßen zu werden.

Die Veraschungszone ist benachbart und in offener Verbindung mit der Reaktivierungszonei und zumindest ein Teil der Hitze, die zur Reaktivierung benötigt wird, wird durch Strahlung von der Veraschungszone erzeugt. Die Veraschungszone ist zwischen der Trocknungszone und der Reaktivierungszone angeordnet. Vorzugsweise ist die Veraschungszone der Reaktivierungszone übergelagert. Bei dieser Anordnung wird das Verbrennungsgas unterhalb gebildet und wird nach oben durch die Reaktivierungszone geleitet. Der gasförmige Reaktivierungszonenausfluß wird nach oben durch die Veraschungszone

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geführt, der gasförmige Veraschungszonenausfluß wiederum nach unten sowohl durch die Trocknungszone als auch in die Atmosphäre über die Wascheinrichtung zum Entfernen jeglicher oxydierter anorganischer Stoffe geführt. 5

Vorzugsweise wird die Reaktivierung durch Zusatz von Dampf in das Verbrennungsgas durchgeführt»

Der gasförmige Ausstoß der Reaktivierungszone enthält im allgemeinen Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff sowie -verbrennbare flüchtige Verunreinigungen. Um die vollständige Verbrennung zu erreichen, wird ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, vorzugsweise mit eingeführt in die Veraschungszone, wo im wesentlichen die vollständige Verbrennung der brennbaren gasförmigen Ausstoßanteile der Reaktivierungszone mit dem Kohlendioxyd und Wasser erfolgt. Diese schädlichen und unerwünschten Gase werden somit unschädlich gemacht, bevor sie in die Atmosphäre gelangen. Wo es notwendig ist, Verbrennungstemperaturen zu erreichen oder wenn erforderlich, um die erforderlichen Temperaturen in der Trocknungs- und/oder Reaktivierungszone aufrechtzuerhalten, kann Brennstoff mit eingeführt werden und innerhalb der Veraschungszone verbrannt werden.

25

Vorzugsweise wird das verbrauchte getrocknete Absorbens in der Reaktivierungszone in Form eines fluidisierten Bettes gehalten. Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn das nasse, verbrauchte Absorbens in der Trocknungszone in Form eines fluidisierten Bettes gehalten wird.

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Die Trocknungszone wird grundsätzlich bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 108° C (225° F) bis 178° C (350 F) gehalten und vorzugsweise bei ungefähr 150° C (300° F). Die Temperatur innerhalb dieser Trocknungszone kann durch das Einspritzen von Kühlwasser auf dieser Temperatur gehalten werden.

Die Reaktivierungszone wird bei einer Temperatur von ungefähr 542° C (1000° F) bis ungefähr 1102° C (2000° F) gehalten, vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereiches von 766° C (1400° F) bis 990° C (1800° F) und insbesondere bei ungefähr 878° C (1600° F).

Die Veraschungszone wird bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 822° C (1500° F) bis 1382° C (2500° F)

betrieben, vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereiches von ungefähr 990° C (1800° F) bis 1102° C (2000° F) und insbesondere bei ungefähr 1100° C (2000° F).
20

Die erfindungsgemäße Apparatur umfaßt einen sich vertikal erstreckenden Behälter, in dem einkommender nasser, verbrauchter Kohlenstoff wirksam wieder aufbereitet wird und in dem die Absorbens-Verunreinigungen in unschädliehe Gase umgewandelt werden, und zwar nach dem beschriebenen Verfahren.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die erfindungsgemäße Apparatur aus einem sich senkrecht erstreckenden Behälter 1, der zur Regeneration des nassen, verbrauchten Kohlenstoffabsorbens verwendet wird. Der Behälter 1

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umfaßt eine Verbrennungskammer 5, eine Regenerationszone 10, eine Veraschungszone 15 und eine l'rocknungszone 20. Die Ausdrücke Regenerationszone und Reaktivierungszone sind hier als synonyme und untereinander austauschbare Begriffe verwendet. Ein Brenner 6 ist der Verbrennungskammer 5 zugeordnet, in den Öl oder Gas und Luft durch Leitungen 7, 8 eingeführt werden, vermischt werden und verbrannt werden, wordurch Verbrennungsgase erzeugt werden, die nach oben in die Regenerations- zone 10 geleitet werden. Die Verbrennungsgase arbeiten als Kohlenstofffluidisierungsmedium. Dampf wird über eine Leitung 9 in die Verbrennungskammer 5 eingeführt und wird nach oben in die Regenerationszone 10 geleitet und mit dem Verbrennungsgas vermischt.

Die Regenerationszone 10 ist der Verbrennungskammer 5 übergelagert und von dieser getrennt durch eine perforierte Platte 14, die ein fluidisiertes Bett von Kohlenstoffpartikeln 11 trägt, das in der Regenerationszone sich befindet. Die perforierte Platte 14 ist derart in bekannter Weise ausgeführt, daß eine gute Gasverteilung erfolgt.

Der vorgetrocknete, verbrauchte Kohlenstoff wird über einen Einlaß 12 in die Regenerationszone eingebracht, und der regenerierte Kohlenstoff wird über den Auslaß 13 entzogen. Zur Regeneration des vorgetrockneten Kohlenstoffes werden erhitzte Verbrennungsgase nach oben durch die Regenerationszone geleitet, um den partikelförmigen Kohlenstoff zu fluidisieren und um

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die flüchtigen Verunreinigungen, die in den Kohlenstoffporen enthalten sind, zu entfernen. Dampf wird nach oben in die fluidisierten Kohlenstoffpartikel 11 geleitet und reagiert mit irgendwelchen noch zurückgebliebenen Pyrolyseprodukten, wobei Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff entsteht.

Die Regenerationszone 10 wird bei Bedingungen betrieben, so daß die flüchtigen Verunreinigungen von dem Kohlenstoff durch Pyrolyse entfernt werden, und zwar im Vergleich zur Oxydationsreaktivierung, wobei die absorbierten Verunreinigungen oxydiert werden oder verbrannt werden, indem bestimmte Mengen von Sauerstoff enthaltendem Gas verwendet werden. Grundsätzlich wird ein Temperaturbereich von 766° C (1400° F) bis ungefähr 990° C (1800° F) in der Regenerationszone aufrechterhalten. Eine Temperatur von ungefähr 878° C (1600° F) wird vorzugsweise verwendet.

Die notwendige Regenerationstemperatur wird erreicht und aufrechterhalten durch Hitze, die den Kohlenstoffpartikeln durch das Verbrennungszonenausflußgas und durch die Hitze, die von der Veraschungszone 15 abgestrahlt wird, übertragen wird.

Die Veraschungszone 15 ist über der Regenerationszone 10 angeordnet und ist in offener Verbindung und benachbart mit dieser. Luft oder ein entsprechendes Sauerstoff enthaltendes Gas wird über eine Leitung 16 in diese eingeführt, um die brennbaren Komponenten im Gas zu verbrennen, das von dem fluidisierten Kohlenstoffbett nach oben ausströmt. Beim Prozeßbeginn oder wenn immer

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die gewünschte Veraschungstemperatur erreicht werden soll, wird Brennstoff, z. B. Gas, direkt in die Veraschungszone über die Leitung 17 eingebracht. Der
Überschuß der gesamten Menge des Veraschungszonenausflußgases über diejenige Menge, die zum Trocknen verwendet wird, kann über die Gas-Bypass-Leitung 19
abgezogen werden. Schließlich um die Wiederveraschung des Auslaßgases der Veraschungszone zu erreichen, das durch die Trocknungszone geleitet worden ist und

das Trocknungszonenausflußgas bildet, das verflüchtigte Verunreinigungen von dem nassen, verbrauchten Kohlenstoff enthält, ist ein Einlaß 28 vorgesehen, um das
Ausflußgas der Trocknungszone in die Veraschungszone 15 einzuleiten.

In vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung werden innerhalb der Veraschungszone 15 Bedingungen geschaffen, um die vollständige Verbrennung des Ausströmgases
zu erreichen, das von der Regenerierungszone 10 ausströmt und verflüchtigte Verunreinigungen und Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff enthält, die durch die
Reaktion des Dampfes und des gebundenen Kohlenstoffes erzeugt wurden.

Ein weiterer Vorteil, der. durch die Erfindung erreicht wird, gegenüber dem Stand der Technik, wie er aus der US-PS 4,248,706 bekannt ist, ist, daß der Gebrauch eines Abschreckungsgases, um den Hitzeüberschuß von dem gasförmigen Ausfluß der Veraschungszone zu absorbieren, der in die Trocknungszone eintritt, ausgeschlossen wird, weil die Wirkungen derartiger Überschußhitze (flüchtige, aus dem verbrauchten Kohlenstoff in der Trocknungszone ausgetriebener Verunreinigungen) aufgenommen werden durch die Rückführung des Aus-

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flußgases der Trocknungszone (siehe Fig. 2).

Indem innerhalb der Veraschungszone Bedingungen aufrechterhalten werden, die die vollständige Verbrennung der vorerwähnten Komponenten bewirken, wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert, und die Ausflußgase enthalten weder schädliche flüchtige Verunreinigungen, noch einen hohen Anteil von Kohlenstoffmonoxyd. Dementsprechend können diese Gase in die Atmosphäre ausgestoßen werden, ohne daß eine weitere Verbrennung und

2_q die damit verbundenen Ausgaben erforderlich sind. Aus 'diesem Grunde wird das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Regenerierung von Kohlenstoffabsorbens verwendet, wo die Temperaturen des Fluidisierungsgases begrenzt sind und das Einspritzen und/oder Verbrennen von Brennstoff in die fluidisierte Regenerationszone nicht gewünscht wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch bei jeder Art von Verfahren mit fluidisierten Betten möglich, bei denen ein Temperaturniveau in dem fluidisierten Bett aufrechterhalten werden soll mit Temperaturbegrenzungen bei den fluidisierenden Gasen und/oder in Fällen, wo das Einspritzen und Verbrennen von Brennstoff in das Fluidbett nicht durchführbar ist.

,?5 Es soll weiter darauf hingewiesen werden, daß das Einspritzen von Verbrennungsluft in die Veraschungszone oberhalb des fluidisierten Bettes einen zusätzlichen Vorteil hat. Die Turbulenz oberhalb des Bettes wird insbesondere durch die Gase begünstigt, die durch die Verbrennung des Regenerationszonenausflusses gebildet werden, und daraus folgt ein verbessertes Vermischen

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Zugelassene Vertreter bam Europäischen Patentami European Patent Attorneys des Sauerstoffs mit den Brennstoffen.

Typische verbrauchte Kohlenstoffpartikel, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt werden, beinhalten ungefähr 5 bis 25 % flüchtige organische Stoffe, weshalb sie zur Wasserreinigung oder ähnlichem benutzt werden. Da die verbrauchten Kohlenstoffe auf ungefähr 766° C (1400° F) erhitzt werden, werden die organischen Stoffe vom Kohlenstoff abgegeben. Der Erhitzungswert des verbrauchten flüchtigen Kohlenstoffante ils rangiert ,von 1891,5 kcal bis 3783,0 kcal (7500 bis 15000 BTU pro pound), wobei die niedrigeren Werte zur Reinigung von Trinkwasser und die höheren Werte bei industriellen Anwendungen Verwendung finden. Zusätzlich zum Anteil der flüchtigen Stoffe am verbrauchten Karbon wird der Hitzewert weiterhin vom Wasserstoff (H₂) und vom Kohlenstoffmonoxyd (GO) abgeleitet, die bei der Reaktion des gebundenen Kohlenstoffes und Dampf während der Regeneration gebildet werden.

Der verbesserte erfindungsgemäße Prozeß wird durch Vergleich der Hitzeausbeuten, wie in Tafel I angegeben, demonstriert. Durch die Rückführung des Austritts-* gases der Trockenzone und die Fähigkeit der beschriebenen zweistufigen Flüssigkeitsbett-Kohlenstoffregeneration, die zusätzliche Hitzeleistung zu akkommodieren, führen zu einer geschätzten thermischen Ersparnis von der Hälfte von derjenigen, die bei der konventionellen Methode des Nachverbrennens des Austrittsgases von der

30 Karbonregenerationsstufe benötigt wird.

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Tafel I

Vergleich des geschätzten Brennstoffbedarfs bei Veraschung des Ausflußgases der Trockenzone gegenüber des bei Nachverbrennung.

Zwei Stufen Fluidbett Aktiv-Kohlenstoff-Regeneration

Hitze-input-Anforderungen in kcäl/h (BTU/Hr)

Mit Nachverbrenner

Mit interner Veraschung des Trockenzonen-Ausflußgases

788 402 (3 126 100)

407 555 (1 6i6 000)

Die Berechnung dieser Schätzwerte geht von relativ niedri-10 gen Hitzewerten der adsorbierten Stoffe aus und berücksichtigt nicht Hitze, die durch Strahlung von der Veraschungszone in die Regenerationszone übertragen wird.

Beispiel I

Ein Beispiel für den Brennstoffverbrauch, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung er-

15 forderlich ist, wurde Aktivkohlenstoff, der verbraucht wurde und mit adsorb!erten Stoffen angefüllt war, während drei aufeinanderfolgenden 8-Stunden-Perioden auf ein etwaiges Aktivniveau regeneriert, das dem von unbenutztem Aktivkohlenstoff entspricht. Die Daten sind

in Tafel II dargestellt.

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CO Q OvO

Tafel II

Zeitspanne, Zufuhrrate Brennstoff- Verbrauchter Eigenschaften des regenerier-

h verbrauchter verbrauch Kohlenstoff ten Kohlenstoffs

Kohlenstoff Regeneration Flüchtige Stoffe Schüttgewicht Entfär- Jod- Schüttgewicht

Kg/h (Lb/Hr) kcal/h (adsorbiert) g/l (Lb/Ft³) bung zahl g/l (Lb/Ft³) (BTU/Hr) % Index

8 8 8

(580) (580) (580)

Durchschnitt

für 24-h-Lauf 263 (580)

196 (778 400)

203 (806 200)

200 (796 933)

14.8 12.8 17.0

.14.9

591 (36.9) 10.? 1112 507,8 (31.7) 570 (35.6) 10.6 1092 503 (31.4) ι 581 (36.6) 11.4 1116 493 (30.8) νη

583 (36.4) 10.7 1107 501 (31.3)

DR. SOLF & ZAPF

Zugelassene Vertreter beim Europäischen Paleniarrt O 14 I H OH

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Die Daten zeigen, daß ein durchschnittlicher Brennstoffverbrauch von 200 986 kcal/h (796 933 BTU/Hr)(Brennstoff öl) erforderlich war, um wirksam die adsorbierten Stoffe aus dem verbrauchten Kohlenstoff zu entfernen (wobei das durchschnittliche Schüttgewicht von 583 g/l (36.4 Lb/Ft ) des verbrauchten Kohlenstoffs auf ein durchschnittliches Schüttgewicht von 501 g/l (31.3 Lg/Ft^ des regenerierten Kohlenstoffs reduziert wurde) und um die Aktivität des Kohlenstoffs auf eine durchschnittliehe Jodzahl von 1107 und auf einen durchschnittlichen Dekolorierungsindex von 10.7 aufzubauen. Die Tatsache, 'daß der tatsächliche Brennstoffverbrauch erheblich niedriger war als der geschätzte Betrag, kann das Ergebnis einer höheren, als erwarteten Temperatur in der Veraschungszone gewesen sein, wodurch weniger Brennstoff erforderlich war, um die Veraschungstemperatur zu erreichen. Ebenso kann möglicherweise eine höhere Strahlung auf das Regenerationsbett den geringeren Brennstoffverbrauch beeinflußt haben, um die gleiche Hitze

20 in der Verbrennungskammer zu erreichen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es ist möglich, weitere Ausführungen zu ^^ schaffen, ohne das erfinderische Konzept zu verlassen.

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Claims

DR SOLS'&Ζ&ΕΦ Zugelassen Vertreter beim Europäischen Patentamt 3141484 European Patent Attorneys II/d/2235 WESTVACO CORPORATION, 299 Park Avenue, New York, N.Y. 10171 (U.S.A.) Ansprüche:

1. Verfahren zum Regenerieren von nassem, verbrauchten Kohlenstoff, der organische, flüchtige Verunreinigungen enthält, wobei

a) der nasse, verbrauchte Kohlenstoff in einer

Trocknungszone auf eine Temperatur erhitzt wird, wodurch die Verflüchtigung der Verunreinigungen im Kohlenstoff auf ein Minimum beschränkt und ein Trocknungsgas verwendet wird, um getrockneten, verbrauchten Kohlenstoff mit flüchtigen Verunrei-

10 nigungen zu bilden,

b) danach der getrocknete, verbrauchte Kohlenstoff in eine Reaktivierungszone geleitet wird,

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Zugelassene Vertreter beim Europäischen Päertamt 314 I 4 8

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c) der dort mit Verbrennungsgasen bei Pyrolysebedingungen kontaktiert wird, die die flüchtigen Verunreinigungen freisetzen, wodurch reaktivierter, getrockneter, verbrauchter Kohlenstoff und Ausflußgas der Reaktivierungszone erzeugt werden, das freigesetzte flüchtige Verunreinigungen enthält,

d) das Ausflußgas der Reaktivierungszone in eine Veraschungszone geleitet wird, die benachbart und in offener Verbindung mit der Reaktivierungszone ist, und

e) die brennbaren Bestandteile in diesem Gasausfluß der Reaktivierungszone in der Veraschungszone verbrannt werden, wodurch ein Ausflußgas der Veraschungszone entsteht, und die Veraschungszone zwischen der Trocknungszone und der Reaktivierungszone liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil des Gasausflusses der Veraschungszone in die Trocknungszone geleitet wird, wobei das Trocknungsgas gemäß Schritt a) einen Gasausfluß der Trocknungszone erzeugt, das einen minimalen Betrag flüchtiger Verunreinigungen enthält, und das Ausflußgas der Trocknungszone in die Veraschungszone rückgeführt wird, und daß ein zweiter Teil des Gasausflusses der Veraschungszone direkt in eine Wascheinrichtung geleitet wird, um Kleinstpartikel und oxydierte anorganische Bestandteile zu entfernen, bevor das saubere Gas in die Atmosphäre ausgestoßen

30 wird.

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3-1 / -j / ο /

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veraschungszone über der Reaktivierungszone gelagert ist und das Verbrennungsgas unterhalb der Reaktivierungszone erzeugt und durch diese nach oben geleitet wird, wobei der Gasausfluß der Reaktivierungszone nach oben in die Veraschungszone geleitet wird und der erste Teil des Gasausflusses der Veraschungszone nach oben in die Trocknungszone geleitet und der zweite Teil des Gasausflusses der Veraschungszone in die Wascheinrichtung geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktivierung mit Dampf als Zusatz zu den Verbrennungsgasen durchgeführt wird, wobei Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff in der Reaktivierungszone gebildet werden, und das Kohlenstoffmonoxyd und der Wasserstoff in der Verbrennungszone verbrannt werden, und zwar zusammen mit den freigesetzten flüchtigen Bestandteilen.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasausfluß der Reaktivierungszone. Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff enthält und ein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Veraschungszone eingeführt wird, um die Verbrennung der Gasausflußkomponenten zu Kohlenstoffdioxyd und Wasser zu be-

30 wirken.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e kennze i chne t, daß Brennstoff in die Veraschungszone eingeleitet und dort verbrannt wird,

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der getrocknete, verbrauchte Kohlenstoff in der Reaktivierungszone in Form eines fluidisierten Bettes gehalten wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trocknungszone eine Temperatur im Bereich von 108° C (225° F) bis 178° C (350° F)

15 aufrechterhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Trocknungszone in der erforderlichen Höhe dadurch gehalten wird, daß Kühlwasser eingespritzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktivierungszone eine Temperatur im Bereich von 766° C (1400° F) bis ungefähr 990° C (1800° F) aufrechterhalten wird.

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Zugelassene Vtertreter beim Europäischen Patentamt ¹^ ' ^H I HÖH

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10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Veraschungszone ein Temperaturbereich von 990° C (1800° F) bis 1100° C (2000° F) auf-

5 rechterhalten wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Hitze, die zur Reaktivierung erforderlich ist, durch Strahlung von der Veraschungszone gewonnen wird.

12. Vorrichtung zum Regenerieren von nassem, verbrauchten Kohlenstoff, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, bestehend aus einem sich senkrecht erstreckenden Behälter mit

a) einer Verbrennungskammer, die am Bodenabschnitt des Behälters angeordnet ist und einen Brenner mit einem Brennstoff und einem Lufteinlaß aufweist ,

b) einer Regenerationszone, die über der Verbrennungskammer und von dieser getrennt durch eine Gasverteilungsplatte angeordnet ist, die zur Erzeugung eines fluidisierten Bettes innerhalb der RegeneratLonszone dient und diese einen Einlaß für den getrockneten Kohlenstoff und einen Auslaß zum Abziehen des regenerierten Kohlenstoffes aufweist,

c) einer Trocknungszone, die in der Spitze des Behälters angeordnet ist und einen Einlaß für den nassen, verbrauchten Kohlenstoff

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aufweist und einen Auslaß für den getrockneten Kohlenstoff sowie einen Auslaß für den Austritt des Ausflußgases der Trocknungszone aus dem Behälter, gekennzeichnetdurch

d) eine Veraschungszone (15), die zwischen der Regenerationszone (10) und der Trocknungszone (20) angeordnet ist und einen Einlaß (28) zum Einführen des Ausflußgases der Trocknungszone (20) und einen Auslaß (19) für den Ausstoß des Ausflußgases der

IQ Veraschungszone (15) aufweist und die Veraschungszone (15) durch die innere Wandung eines Segments des Behälters begrenzt ist und die Veraschungszone benachbart und in offener Verbindung mit der Regenerationszone (10) ist, wobei Hitze auf das fluidisierte Bett in der Regenerationszone (10) abgestrahlt wird,

e) Gasverteilungsmittel (24), die zwischen der Veraschungszone (15) und der Trocknungszone (20) angeordnet sind, um ein fluidisiertes Bett innerhalb

20 der Trocknungszone aufrechtzuerhalten,

f) Fördermittel (25) für den getrockneten Kohlenstoff, die den Auslaß (23) für den getrockneten Kohlenstoff und den Einlaß (12) für den getrockneten Kohlenstoff der Regenerationszone (10) verbinden, und durch

g) Ausflußgasfördermittel (27), die den Auslaß (26) für den Gasausfluß der Trocknungszone und den Einlaß (28) der Veraschungszone (15) verbinden, um das Ausflußgas der Trocknungszone in die Veraschungszone einzuleiten.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Fördermittel (25) für den getrockneten Kohlenstoff außerhalb des Behälters (1) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungszone (?0) Mittel (21) zum Einleiten von Kühlwasser in die Trocknungszone aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (5) Mittel (9) zum Einführen von Dampf aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Veraschungszone (15) Mittel (17) zum Einführen von Brennstoff aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die Veraschungszone (15) Mittel (16) zum Einführen von Sauerstoff enthaltendem Gas aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e kennzeichnet, daß der Behälter (1) Mittel (22) zum Einführen eines Abschreckungsgases zwischen der Veraschungszone (15) und der Trocknungszone (20) aufweist.

ig. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (19) zum Fortleiten der Ausflußgase außerhalb des Behälters (1) angeordnet sind.

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