DE3141484C2

DE3141484C2 -

Info

Publication number: DE3141484C2
Application number: DE3141484A
Authority: DE
Inventors: George Nelson Lexington Va. Us Brown
Original assignee: Westvaco Corp
Current assignee: Westvaco Corp
Priority date: 1980-10-22
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1987-05-21
Also published as: JPS612610B2; JPS57183311A; DE3141484A1; US4338198A; CA1158221A; GB2085419A; DE8130544U1; GB2085419B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von nassem, verbrauchtem Kohlenstoff, der organische, flüchtige Verunreinigungen enthält, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 12.

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 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 Menge benötigten Kohlenstoffs die Wiederverwendung des Kohlenstoffs aus Gründen der Kostenersparnis. Zu diesem Zweck sind Regenerationstechniken entwickelt und über Jahre verbessert worden, die feste Absorptionsstoffe, z. B. Aluminiumgel, Silikatgel, Molekularsiebe und aktivierten Kohlenstoff, umfassen.

Die gebräuchlichen Mittel, um regenierten 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 Kohlenmonoxid zu bilden. Der Regenerationsabgasstrom, der organische flüchtige Stoffe, den Wasserstoff, das Kohlenmonoxid, 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 Kohlendioxid und Wasser entstehen und die anorganischen Stoffe werden dabei oxidiert 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 einem Wirbelbett-Kohlenstoffregenerationsverfahren, wie es in der US-PS 42 48 706 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 Kohlenwasserstoffmonoxid 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 adsorbierten Verunreinigungen verbleibt.

Wegen der Effizienz des Gas/Festkontaktes in Wirbelbetten können kleinere Reaktoren oder weniger Hitze eingesetzt werden als in Bewegungsbettregeneratoren. Zusätzlich besitzt dieses bekannte Regenerationsverfahren eine verbesserte Wirtschaftlichkeit über andere Wirbelbettregeneratoren, da weniger Brennstoff erforderlich ist, um die Regeneration durchzuführen, weil die adsorbierten Stoffe (die verflüchtigten Stoffe, H₂ 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 Wirbelbett zu trocknen. Das Abgas des Trockners enthält kleine Partikel und oxidierte 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 ein 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 42 48 706 ist die Veraschung des Abgases vorgesehen, um Hitze freizusetzen, die zur Erhitzung des Materials dient, das im Verfahren behandelt wird, wobei insbesondere die spezifische Verwendung des Abgases 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 Verzunreinigungen vollständig zu entfernen, die dem die Veraschungszone verlassenden Gasstrom während der Trocknung des nassen, verbrauchten Karbons zugefügt werden können.

Aus der US-PS 42 24 286 ist eine Vorrichtung zur Regeneration von verbrauchtem Aktivkohlenstoff bekannt, bei der nasser, verbrauchter Kohlenstoff in eine Trocknungszone gelangt, wo er indirekt durch heiße Verbrennungsabgase auf etwa 120°C erhitzt und getrocknet wird. Die bei dieser Trocknung entstehenden Gase werden zum Verbrennen von Schadstoffen in den Bereich von Brennern eines Heizofens geführt. Die Partikel des so getrockneten Kohlenstoffes bewegen sich aufgrund der Schwerkraft weiter nach unten in eine Regenerationszone und werden dort durch den Heizofen weiter erhitzt. Zur möglichst gleichmäßigen Erhitzung aller Kohlenstoffpartikel werden diese durch eine Anzahl von Spiralelementen durchgemischt, die abwechselnd Rechts- bzw. Linksgewinde aufweisen. Bei diesem Prozeß werden Adsorbate thermisch und pyrolytisch zersetzt. Sinkt der Kohlenstoff im Behälter weiter nach unten, wird er unter weiterer Durchmischung auf ca. 850-900°C erhitzt. Etwa in der Mitte der Regenerationsstufe wird der Kohlenstoff mit überhitztem Dampf kontaktiert, wodurch schwer abspaltbare Adsorbate vergast werden. Alle hierdurch entstehenden Abgase verlassen den Reaktor und werden zusammen mit den Trocknungszonenabgasen im Bereich der Brenner des Heizofens verbrannt. Das entstehende Abgas der Verbrennungszone gelangt nach oben, um die Hitze zur Trocknung auszunutzen, bevor es das System verläßt. Der regenerierte Kohlenstoff gelangt durch eine Kühlzone zu einem Entnahmeventil, das eine Entnahme in abgemessenen Mengen gestattet. Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich somit nicht um einen Wirbelbett-Regenerationsprozeß, die Veraschungszone liegt nicht zwischen Trocknungs- und Regenerationszone, und das Veraschungszonenabgas wird nicht in die Trocknungszone zurückgeführt.

Aus der US-PS 40 30 876 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von Aktivkohlenstoff bekannt, wobei Kohlenstoff in einen Behälter eingeführt wird und bedingt durch die Schwerkraft in einen inneren Zylinder gelangt. Auf dem Weg bis in den inneren Zylinder wird der Kohlenstoff durch aufsteigende Hitze kontinuierlich erwärmt und dadurch getrocknet und regeneriert. Es ist zwar eine Aufteilung in vier Zonen beschrieben, die jedoch nur schematisch zu sehen ist, da fließende, kontinuierliche Übergänge von Zone zu Zone mit ebenso fließenden Temperaturübergängen vorliegen. In dem inneren Zylinder werden die Kohlenstoffteilchen durch Verwirbelung gleichmäßig erhitzt. Hierzu werden jedoch Verbrennungsgase über einen Ringkanal nach unten eingeblasen, so daß auch hier nicht von einem Wirbelbett gesprochen werden kann. Die entstehenden Abgase der Veraschung, Regeneration und Trocknung steigen innerhalb des Behälters nach oben, wobei über deren weiteren Verbleib jedoch nichts ausgesagt ist. Es ist auffällig, daß der Kohlenstoff selbst den Bereich der Veraschungszone passiert. Aus dieser Druckschrift ist folglich ebenfalls keine Trocknungszonenabgasführung zur Veraschungszone vorgesehen, um etwaige flüchtige Verunreinigungen zu entfernen.

Aus der US-PS 38 43 330 ist eine Regenerationsvorrichtung bekannt, mit der jedoch kein nasser, verbrauchter Aktivkohlenstoff, sondern Katalysatoren regeneriert werden können, die in sich abgelagerten Kohlenstoff (Koks) enthalten. Hierbei wird der Kohlenstoff verbrannt, mit dem Zweck, den so gereinigten Katalysator wieder zu verwenden. Es soll hier folglich nicht der Kohlenstoff gereinigt und wiederverwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt 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 Regenerationsverfahrens 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 Regeneration 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.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Wirbelbettregenerationsverfahren und der entsprechenden Vorrichtung wird dies dadurch erreicht, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein erster Teil des Abgases der Veraschungszone in die Trocknungszone geleitet wird, wobei das Trocknungsgas ein Trocknungszonenabgas erzeugt, das einen minimalen Betrag flüchtiger Verunreinigungen enthält, und das Trocknungszonenabgas in die Veraschungszone rückgeführt wird, und daß ein zweiter Teil des Veraschungszonenabgases direkt in eine Wascheinrichtung geleitet wird, bevor das saubere Gas in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigt

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

Fig. 2 den oberen Teil bzw. die Trocknungszone eines aus dem Stand der Technik bekannten Behälters, wobei dargestellt ist, daß das Abgas der Trocknungszone mit dem Abgas der Veraschungszone zum Ausstoß vereint wird, und

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

Grundsätzlich umfaßt der erfindungsgemäße Prozeß ein integriertes zweistufiges Verfahren, wobei Verbrennungsgas verwendet wird, um vorhergehend getrocknetes, verbrauchtes Kohlenstoffadsorbens zu regenerieren, 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 denn einkommenden, nassen, verbrauchten Kohlenstoff zu trocknen und um Pyrolysebedingungen, die für die Regeneration erforderlich sind, zu schaffen. Vorzugsweise wird Dampf ebenfalls während der Regeneration benutzt, um den gebundenen Kohlenstoff zu entfernen. Auf diese Weise werden die Reaktionsprodukte Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammen mit den flüchtigen Verunreinigungen verbrannt.

Der einkommende nasse, verbrauchte Kohlenstoff wird zuerst in einer Wirbelbett-Trocknungszone mit heißen Gasen vorerhitzt, die aus einer darüber angeordneten Veraschungszone ausströmen, die 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 Kohlenstoffs zu erreichen. Bei einem solchen Ausstoß ist vorrangig bestimmend derjenige Gebrauch, zu dem der nasse, verbrauchte Kohlenstoff, der regeneriert werden 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 das vormals von flüchtigen Verunreinigungen freie Veraschungszonenabgas ein mit flüssigen Verunreinigungen gefülltes Trocknungszonenabgas werden, das nicht zum Ausstoß in die Atmosphäre geeignet ist, ohne daß es vorher durch einen Nachbrenner geleitet wird. Deshalb wird das Trocknungszonenabgas rückgeführt, indem es in die Veraschungszone eingeführt wird, wo die adsorbierten Verunreinigungen verascht werden, und das Abgas wird wieder durch die Trocknungszone geleitet.

Ein Vergleich der Fig. 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 das Trocknungszonenabgas mit dem Veraschungszonenabgas ausgestoßen. Demgegenüber sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 3 vor, daß das Trocknungszonengas in die Veraschungszone zurückgeführt wird.

Das getrocknete Abgas, das die flüchtigen Verunreinigungen enthält, wird dann durch die Regenerationszone geleitet, wo die Regeneration zusammen mit dem Verbrennungsgas unter Pyrolysebedingungen stattfindet, wobei die flüchtigen Komponenten in dem Absorbens von diesem entfernt werden. Der regenerierte Kohlenstoff und die Verbrennungsgase, die die entfernten flüchtigen Bestandteile enthalten, werden während des Regenerationsprozesses erzeugt. Der regenerierte Kohlenstoff ist somit gewonnen, und die Regenerationszonengase werden in die Veraschungszone geleitet, wo sie verbrannt werden, um ein im wesentlichen von flüchtigen Bestandteilen freies Veraschungszonenabgas zu bilden. Ein Teil des Veraschungszonenabgases wird benutzt, um die Trocknung des einkommenden, nassen, verbrauchten Kohlenstoffes zu bewirken, und wird dann rückgeführt zu der Verbrennungszone. Der übrige Rest des Verbrennungszonenabgases wird durch eine Waschvorrichtung geführt, um die oxidierten anorganischen Bestandteile zu entfernen und dann in die Atmosphäre ausgestoßen zu werden.

Die Veraschungszone ist benachbart und in offener Verbindung mit der Regenerationszone, und zumindestens ein Teil der Hitze, die zur Regeneration benötigt wird, wird durch Strahlung von der Veraschungszone erzeugt. Die Veraschungszone ist zwischen der Trocknungszone und der Regenerationszone angeordnet. Vorzugsweise ist die Veraschungszone der Regenerationszone übergelagert. Bei dieser Anordnung wird das Verbrennungsgas unterhalb gebildet und wird nach oben durch die Regenerationszone geleitet. Das Regenerationszonenabgas wird nach oben durch die Veraschungszone geführt, das Veraschungszonenabgas wiederum nach unten sowohl durch die Trocknungszone als auch in die Atmosphäre über die Wascheinrichtung zum Entfernen jeglicher oxidierter anorganischer Stoffe geführt.

Vorzugsweise wird die Regeneration durch Zusatz von Dampf in das Verbrennungsgas durchgeführt.

Das Abgas der Reaktionszone enthält im allgemeinen Kohlenmonoxid 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 Abgasanteile der Regenerationszone mit dem Kohlendioxid 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 Regenerationszone aufrechtzuerhalten, kann Brennstoff mit eingeführt werden und innerhalb der Veraschungszone verbrannt werden.

Vorzugsweise wird das verbrauchte getrocknete Absorbens in der Regenerationszone in Form eines Wirbelbettes gehalten.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn das nasse, verbrauchte Absorbens in der Trocknungszone in Form eines Wirbelbettes gehalten wird. 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 Höhe gehalten werden.

Die Regenerationszone wird bei einer Temperatur von ungefähr 542°C (1000°F) bis ungefähr 1102°C (2000°F) gehalten, vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereiches von 760°C (1400°F) bis 982°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 982°C (1800°F) bis 1093°C (2000°F) und insbesondere bei ungefähr 1093°C (2000°F).

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

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem sich senkrecht erstreckenden Behälter 1, der zur Regeneration des nassen, verbrauchten Kohlenstoffabsorbens verwendet wird. Der Behälter 1 umfaßt eine Verbrennungskammer 5, eine Regenerationszone 10, eine Veraschungszone 15 und eine Trocknungszone 20. Ein Brenner 6 ist der Verbrennungskammer 5 zugeordnet, in den Öl oder Gas und Luft durch Leitungen 7, 8 eingeführt, vermischt und verbrannt werden, wodurch Verbrennungsgase erzeugt werden, die nach oben in die Regenerationszone 10 geleitet werden. Die Verbrennungsgase arbeiten als Kohlenstoff-Wirbelbettmedium. 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 Wirbelbett von Kohlenstoffpartikeln 11 trägt, das sich in der Regenerationszone 10 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 10 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 verwirbeln und um die flüchtigen Verunreinigungen, die in den Kohlenstoffporen enthalten sind, zu entfernen. Dampf wird nach oben in die verwirbelten Kohlenstoffpartikel 11 geleitet und reagiert mit irgendwelchen, noch zurückgebliebenen Pyrolyseprodukten, wobei Kohlenmonoxid und Wasserstoff entsteht.

Die Regenerationszone 10 wird bei derartigen Bedingungen betrieben, daß die flüchtigen Verunreinigungen von dem Kohlenstoff durch Pyrolyse entfernt werden, und zwar im Vergleich zur Oxidationsreaktivierung, wobei die absorbierten Verunreinigungen oxidiert oder verbrannt werden, indem bestimmte Mengen von Sauerstoff enthaltendem Gas verwendet werden. Grundsätzlich wird ein Temperaturbereich von 760°C (1400°F) bis ungefähr 982°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 Verbrennungszonenabgas 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 Kohlenstoff-Wirbelbett 11 nach oben ausströmt. Beim Prozeßbeginn oder wenn immer 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 Veraschungszonenabgases über diejenige Menge, die zum Trocknen verwendet wird, kann über die Gas-Bypass-Leitung 19 abgezogen und in Pfeilrichtung 30 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Schließlich um die Wiederveraschung des Abgases der Veraschungszone zu erreichen, das durch die Trocknungszone geleitet worden ist und das Trocknungszonenabgas bildet, das verflüchtigte Verunreinigungen von dem nassen, verbrauchten Kohlenstoff enthält, ist ein Einlaß 28 vorgesehen, um das Abgas der Trocknungszone in die Veraschungszone 15 einzuleiten.

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

Ein weiterer Vorteil, der durch die Erfindung erreicht wird, gegenüber dem Stand der Technik, wie er aus der US-PS 42 48 706 bekannt ist, ist, daß der Gebrauch eines Abschreckungsgases, um den Hitzeüberschuß von dem Abgas der Veraschungszone zu absorbieren, der in die Trocknungszone eintritt, ausgeschlossen wird, weil die Wirkungen derartiger Überschußhitze (flüchtige, aus dem verbrauchten Kohlenstoff in der Trocknungszone ausgetriebene Verunreinigungen) aufgenommen werden durch die Rückführung des Abgases 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 Abgase enthalten weder schädliche flüchtige Verunreinigungen noch einen hohen Anteil von Kohlenmonoxid. Dementsprechend können diese Gase in die Atmosphäre ausgestoßen werden, ohne daß eine weitere Verbrennung und die damit verbundenden Ausgaben erforderlich sind. Aus diesem Grunde wird das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Regeneration von Kohlenstoffabsorbens verwendet, wo die Temperaturen des Wirbelbettgases begrenzt sind und das Einspritzen und/oder Verbrennen von Brennstoff in die Wirbelbett-Regenerationszone nicht gewünscht wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch bei jeder Art von Verfahren mit Wirbelbetten möglich, bei denen ein Temperaturniveau in dem Wirbelbett aufrechterhalten werden soll mit Temperaturbegrenzungen bei den verwirbelten Gasen und/oder in Fällen, wo das Einspritzen und Verbrennen von Brennstoff in das Wirbelbett nicht durchführbar ist.

Es soll weiter darauf hingewiesen werden, daß das Einspritzen von Verbrennungsluft in die Veraschungszone oberhalb des Wirbelbettes einen zusätzlichen Vorteil hat. Die Turbulenz oberhalb des Bettes wird insbesondere durch die Gase begünstigt, die durch die Verbrennung des Regenerationszonenabgases gebildet werden, und daraus folgt ein verbessertes Vermischen 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 760°C (1400°F) erhitzt werden, werden die organischen Stoffe vom Kohlenstoff abgegeben. Der Erhitzungswert des verbrauchten flüchtigen Kohlenstoffanteils rangiert von 1891,5 kcal bis 3783,0 kcal (7500 bis 15 000 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 Kohlenstoff wird der Hitzewert weiterhin vom Wasserstoff (H₂) und vom Kohlenmonoxid (CO) 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. Die Rückführung des Abgases der Trockenzone und die Fähigkeit der beschriebenen zweistufigen Wirbelbett-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 Abgases von der Kohlenstoff-Regenerationsstufe benötigt wird.

Tafel I

Vergleich des geschätzten Brennstoffbedarfs bei Veraschung des Abgases der Trocknungszone gegenüber dem bei Nachverbrennung.

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

Beispiel 1

Als Beispiel für den Brennstoffverbrauch, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung erforderlich ist, wurde Aktivkohlenstoff, der verbraucht wurde und mit adsorbierten Stoffen angefüllt war, während drei aufeinanderfolgenden 8-Stunden-Perioden auf ein etwaiges Aktivniveau regeneriert, das dem von unbenutzten Aktivkohlenstoff entspricht. Die Daten sind in Tafel II dargestellt.

Tafel II

Die Daten zeigen, daß ein durchschnittlicher Brennstoffverbrauch von 200 986 kcal/h (796 933 BTU/Hr) (Brennstofföl) erforderlich war, um wirksam die adsorbierten Stoffe aus dem verbrauchten Kohlenstoff zu entfernen (wobei das durchschnittliche Schüttgewicht von 583 g/l (36.4 Lb/Ft³) des verbrauchten Kohlenstoffs auf ein durchschnittliches Schüttgewicht von 501 g/l (31.3 Lb/Ft³) des regenerierten Kohlenstoffs reduziert wurde) und um die Aktivität des Kohlenstoffs auf eine durchschnittliche Jodzahl von 1107 und auf einen durchschnittlichen Dekolorrierungsindex 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 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.

Claims

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

a) der nasse, verbrauchte Kohlenstoff in einer Trocknungszone auf eine Temperatur derart erhitzt wird, daß die Verflüchtigung der Verunreinigungen im Kohlenstoff auf ein Minimum beschränkt wird, und ein Trocknungsgas verwendet wird, um getrockneten, verbrauchten Kohlenstoff mit flüchtigen Verunreinigungen zu bilden,
b) danach der getrocknete, verbrauchte Kohlenstoff in eine Regenerationszone geleitet wird,
c) der dort mit Verbrennungsgasen bei Pyrolysebedingungen kontaktiert wird, die die flüchtigen Verunreinigungen freisetzen, wodurch regenerierter, getrockneter Kohlenstoff und ein Regenerationszonenabgas erzeugt werden, das freigesetzte flüchtige Verunreinigungen enthält,
d) das Abgas der Regenerationszone in eine Veraschungszone geleitet wird, die benachbart und in offener Verbindung mit der Regenerationszone ist, und
e) die brennbaren Bestandteile in diesem Abgas der Regenerationszone in der Veraschungszone verbrannt werden, wodurch ein Abgas der Veraschungszone entsteht, und die Veraschungszone zwischen der Trocknungszone und der Regenerationszone liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil des Abgases der Veraschungszone in die Trocknungszone geleitet wird, wobei das Trocknungsgas gemäß Schritt a) ein Trocknungszonenabgas erzeugt, das einen minimalen Betrag flüchtiger Verunreinigungen enthält, und das Trocknungszonenabgas in die Veraschungszone rückgeführt wird, und daß ein zweiter Teil des Veraschungszonenabgases direkt in eine Wascheinrichtung geleitet wird, bevor das saubere Gas in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

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

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

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas der Regenerationszone Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält und ein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Veraschungszone eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoff in die Veraschungszone eingeleitet und dort verbrannt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der getrocknete, verbrauchte Kohlenstoff in der Regenerationszone in Form eines Wirbelbettes gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trocknungszone eine Temperatur im Bereich von 108°C bis 178°C 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 der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regenerationszone eine Temperatur im Bereich von 760°C bis 982°C aufrechterhalten wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Veraschungszone ein Temperaturbereich von 982°C bis 1093°C aufrechterhalten wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Hitze, die zur Regeneration erforderlich ist, durch Strahlung von der Veraschungszone gewonnen wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, mit 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 und die 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 aufweist und einen Auslaß für den getrockneten Kohlenstoff sowie einen Auslaß für den Austritt des Abgases der Trocknungszone aus dem Behälter, gekennzeichnet durch
d) eine Veraschungszone (15), die zwischen der Regenerationszone (10) und der Trocknungszone (20) angeordnet ist und einen Einlaß (28) zum Einführen des Abgases der Trocknungszone (20) und einen Auslaß (19) für den Ausstoß des Abgases der 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,
e) Gasverteilungsmittel (24), die zwischen der Veraschungszone (15) und der Trocknungszone (20) angeordnet sind,
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) Abgasfördermittel (27), die den Auslaß (26) für das Abgas der Trocknungszone und den Einlaß (28) der Veraschungszone (15) verbinden.

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

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

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