DE3908400A1 - Verfahren und vorrichtung zum regenerieren von kohlenstoffhaltigen beladenen adsorbentien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von koh­ lenstoffhaltigen, beladenen Adsorbentien, die in Form eines Wander­ bettes im Gegenstrom von heißen sauerstofffreien Gasen durchströmt werden, die das jeweilige Adsorbens auf eine Desorptionstemperatur aufheizen, wobei das beim Durchlauf durch das beladene Adsorbens entstandene Desorptionsgas ein zweites, aus regeneriertem Adsorbens gebildetes Wanderbett im Gegenstrom durchströmt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der Reinigung von Rauchgasen und industriellen Prozeßgasen gewinnen solche trockenen regenerativen Verfahren zunehmend an Bedeutung, da diese Verfahren abwasserfrei arbeiten, Deponieprobleme vermeiden helfen und mit ihnen Schadstoffe als Wertstoffe zurück­ gewonnen und zu verkaufsfähigen Produkten weiterverarbeitet werden können. Dies gilt insbesondere für die Abscheidung und Rückge­ winnung von Schwefeldioxyd und von Schwermetallen. Trockene, auf Adsorption beruhende Verfahren kommen zur Zeit vor allem für die Adsorption von Schwefeldioxyd und Quecksilber, insbesondere an kohlenstoffhaltigen Adsorbentien in Betracht. Derartige kohlen­ stoffhaltige Adsorbentien sind insbesondere Aktivkohlen, wie Herdofenkoks auf Braunkohlenbasis, und Aktivkoks auf Stein­ kohlenbasis. SO₂-haltige Gase werden in den Poren des Aktivkokses katalytisch zu Schwefelsäure oxidiert und in den Poren festgehalten. Es ist bekannt, daß der so mit Schwefelsäure beladene Aktivkoks regeneriert werden kann, indem heiße sauerstofffreie Gase bei Temperaturen vorzugsweise zwischen 500°C und 650°C die Schwefelsäure zu SO₂ reduzieren, wodurch weiterver­ wendbares SO₂-Gas mit hoher Konzentration (Reichgas) produzierbar ist, ggf. durch mehrfachen Durchlauf des Desorptionsgases durch das belastete Adsorbens.

Die Regeneration in einem Reaktor führt allerdings zu erheblichen Problemen. Es zeigt sich nämlich, daß beim Durchströmen des als Wanderbett ausgebildeten Adsorbens, das mit einer Temperatur von 120°C-150°C dem Reaktor zugeführt wird, im Gegenstrom am ausgangsseitigen Ende des Reaktors relativ niedrigere Temperaturen vorherrschen, die eine vollständige Reduktion beispielsweise von Schwefelsäure nicht ermöglichen, so daß im Desorptionsgas Restan­ teile an Schwefelsäure enthalten sind. Schwefelsäurehaltige De­ sorptionsgase sind bei hohen Temperaturen hoch aggressiv, so daß erhebliche Korrosionsprobleme auftreten.

In der DE 35 00 304 A1 ist deshalb vorgeschlagen worden, oberhalb des beladenen Adsorbens eine Schicht mit regeneriertem Adsorbens auszubilden, in der die Reichgase, die das beladene Adsorbens durchströmt haben, schwefelsäurefrei werden sollen. Hierzu wird am unteren Ende des Reaktors heißer Aktivkoks entnommen und zur Oberseite des beladenen Adsorbens transportiert, um dort die gewünschte Schicht aus regeneriertem Adsorbens zu bilden. Dieses bekannte Verfahren bringt jedoch erhebliche Probleme mit sich, die eine erfolgversprechende Realisierung nicht erwarten lassen. Durch den Transport des regenerierten Aktivkokses zum oberen Ende des Reaktors wird der Aktivkoks erheblich abkühlen. Da an dem oberen Ende des Reaktors die heißen sauerstoffreien Gase eben falls bereits abgekühlt sind, liegen an dieser Stelle keine op­ timalen Betriebstemperaturen für die Regeneration mehr vor. Auch der Transport des heißen Aktivkokses unter Luftabschluß ist nicht unproblematisch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regeneration von kohlenstoffhaltigen beladenen Adsorbentien zu ermöglichen, bei der verminderte Korrosionsprobleme auftreten und ein schwefel­ säurefreies Reichgas erzeugbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das zweite Wanderbett so gebildet wird, daß das vom sauerstofffreien Gas maximal aufgeheizte Adsor­ bens die Ausgangsschicht des zweiten Wanderbettes bildet, oberhalb der eine Reichgasabführung vorgenommen wird. Bei der Verwendung eines Regenerationsverfahrens an einem Wanderbettreaktor, dem die heißen Inertgase an der Unterseite zugeführt werden, findet die maximale Aufheizung des Adsorbens in den unteren Schichten des Wanderbettes statt. Erfindungsgemäß wird das dort vorhandene Adsorbens unmittelbar, d.h. ohne wesentlichen Temperaturverlust, zur Ausbildung eines zweiten Wanderbettes dergestalt verwendet, daß das maximal aufgeheizte Adsorbens die obere Schicht des zweiten Wanderbettes bildet.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung der gestellten Aufgabe und zur Durchführung des genannten Verfahrens sieht demgemäß vor, daß das erste Wanderbett in einem oberen Schacht und das zweite Wanderbett in einem unmittelbar darunter befindlichen Schacht ausgebildet wird, in das das regenerierte Adsorbens über eine Austragsvorrichtung für das Adsorbens am unteren Ende des ersten Schachts über eine Schleuse gelangt. Der untere Schacht weist eine eigene Einlaßöffnung am unteren Ende auf, die mit der Aus­ laßöffnung des oberen Schachtes verbunden ist. Durch die ent­ sprechende Verbindungsleitung strömt das Desorptionsgas des ersten Schachtes mit einer Temperatur von etwa 250°C bis 300°C, also mit einer Temperatur, bei der die Korrosivität des schwefelsäure­ belasteten Desorptionsgases verringert ist. Dieses Desorptionsgas durchwandert das untere Wanderbett im Gegenstrom, das von unten nach oben mit zunehmender Temperatur geschichtet ist. Dadurch wird sichergestellt, daß das oberhalb der oberen Schicht des unteren Schachtes entnommene Reichgas zum Schluß mit optimaler Temperatur reagieren konnte, so daß sichergestellt ist, daß das Reichgas schwefelsäurefrei ist.

Die vorliegende Erfindung sieht somit einen oberen Schacht vor, in dem das Wanderbett am unteren Ende die maximale Temperatur aufweist, und einen unteren Schacht, bei dem das Wanderbett am oberen Ende praktisch dieselbe maximale Temperatur hat. Der obere und der untere Schacht sind bezüglich der Gasströmungen voneinander getrennt, da der obere Schacht von dem heißen Gas - bei stehender Ausführung von unten nach oben - und der untere Schacht von dem Desorptionsgas des ersten Schachtes im Gegenstrom - bei stehender Ausführung ebenfalls von unten nach oben - durchströmt wird. Die beiden Schächte befinden sich vorzugsweise in einem gemeinsamen Schachtgehäuse, wobei die Zuführung des heißen sauerstofffreien Gases und die Ableitung des schwefelsäurefreien Reichgases etwa in gleicher Höhe, aber getrennt voneinander, angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer sehr vorteilhaften Anordung dadurch komplettiert werden, daß sich in stehender Aus­ führung nach unten hin an den zweiten Schacht ein dritter Schacht anschließt, in dem das Adsorbens gekühlt wird, und zwar von ca. 400°C auf ca. 120°C, so daß am unteren Austrag des Schachtgehäuses das regenerierte Adsorbens etwa mit der Temperatur ausgetragen wird, mit der es zweckmäßigerweise für eine erneute Beladung mit Schwefelsäure in der Adsorption eingesetzt wird. Sind Adsorption und Regeneration betrieblich nicht so miteinander verbunden, daß das Adsorbens ohne Temperaturverlust im Kreislauf geführt werden kann, so kann das regenerierte Adsorbens in dem Kühlschacht auch auf Umgebungstemperatur für eine Zwischenlagerung oder den Transport des Adsorbens heruntergekühlt werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß der Austrag des Adsorbens in den Schächten mittels einer Austragsanordnung erfolgt, die aus konisch zueinander verlaufenden, einen Durchtrittsspalt definierenden festen Leit­ blechen und wenigstens für jeden Durchtrittsspalt zwei übereinander mit Abstand angeordneten Platten besteht, von denen die obere einen vorzugsweise mittigen Durchlaßspalt aufweist und die untere durchgehend ausgebildet ist, wobei beide Platten solche Breiten aufweisen, daß das Adsorbens vollständige Schüttwinkel ausbilden kann und beide Platten mit einem Schwingantrieb verbunden sind, der durch die Schwingbewegung der Platten zu einem dosierten Austrag des Adsorbens führt. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich der Austrag von einem Schacht zum anderen sehr gut dosieren und darüber hinaus eine gute Durchströmung des Wanderbettes mit dem jeweiligen Gas erreichen, da die ausgebildeten Schüttwinkel eine große Ein­ strömoberfläche bilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Schächte einen rechteckigen Querschnitt auf, der günstige Durchströmungen für das Gegenstromverfahren gewährleistet und in sehr zweckmäßiger Weise die Realisierung der genannten Austragsvorrichtungen über die gesamte Tiefe des Schachtes erlaubt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt ein schachtförmiges Reaktorgehäuse 1 mit rechteckigem Querschnitt, in dem drei Schächte 2, 3, 4 übereinander angeordnet sind. An der Oberseite des Schachtgehäuses befindet sich ein Aufgabetrichter 5 mit einer Zellenradschleuse 6, durch die beladenes Adsorbens, also Aktivkoks, in den obersten, ersten Schacht 2 gelangt. Das Adsorbens füllt den Querschnitt des Schachtes vollständig aus, so daß eine gleichmäßige Durchströmung des Adsor­ bens im Gegenstromverfahren gewährleistet ist. Die Adsorbenssäule liegt unten auf einer Austragsvorrichtung 7 auf, die unten näher beschrieben wird. Unterhalb der Austragsvorrichtung 7 befindet sich ein Einlaß 8 für heißes Inertgas mit einer Temperatur von ca. 600°C. Dieses Gas durchströmt den ersten Schacht 1 von unten nach oben und entweicht aus einer Auslaßöffnung 9 an der Oberseite des ersten, obersten Schachtes 2.

Das regenerierte Adsorbens wird über die Austragsvorrichtung 7 über eine weitere Zellenradschleuse 10 dem zweiten Schacht 3 zugeführt, in dem nunmehr eine Säule aus regeneriertem Adsorbens gebildet wird. Diese Säule baut sich auf einer Austragsvorrichtung 11 auf, die im Aufbau der Austragsvorrichtung 7 des ersten Schachtes entspricht. Unterhalb der Austragsvorrichtung befindet sich eine Zuführungsöffnung 12, die über eine Leitung 13 mit der Auslaßöffnung 9 des ersten Schachtes 2 verbunden ist. Das Desorptionsgas des ersten Schachtes 2 wird somit im Gegenstrom durch die Säule aus regeneriertem Adsorbens geleitet und am oberen Ende des zweiten Schachtes 3 über eine Ausgangsleitung 14 für das Reichgas entnommen. Der über die Austragsvorrichtung 11 ausgetragene regenerierte Koks durchfällt die Gaszuführungsstrecke des zweiten Schachtes 3 und gelangt über eine weitere Zellenradschleuse 15 in den dritten Schacht 4, der zur Kühlung des Adsorbens - ebenfalls im Gegen­ stromverfahren - dient. Auch der dritte Schacht weist eine Aus­ tragsvorrichtung 16 auf, die im Aufbau den Austragsvorrichtungen 7 und 11 der beiden anderen Schächte 2, 3 entspricht. Unterhalb der Austragsvorrichtung 16 befindet sich eine Inertgaszuführung 17 und am oberen Ende des dritten Schachtes 4 eine Auslaßleitung 18 für das aufgeheizte Inertgas. Das in den dritten Schacht 4 mit einer Temperatur von ca. 400°C gelangende Adsorbens verläßt diesen Schacht am unteren Ende mit einer Temperatur von ca. 120°C, also der Temperatur, mit der das regenerierte Adsorbens erneut in der Adsorption eingesetzt wird. Die Austragsvorrichtungen 7, 11, 16 weisen jeweils in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Paare von konisch zueinander verlaufenden, feststehenden Leitblechen 19, 20 auf, die miteinander einen Durchtrittsspalt 21 bilden. Unterhalb des Durchtrittsspaltes befinden sich jeweils drei Platten 22, 23, 24, von denen die oberste Platte 22 eine die Breite des Durchtrittspaltes 21 und einen mittigen Durchlaßspalt 25 aufweist, dessen Breite geringer ist als die des Durchtritts­ spaltes 21. Die darunterliegende Platte 23 weist ebenfalls einen mittigen Durchlaßspalt 26 auf, dessen Breite geringer ist als die Breite des Durchlaßspaltes 25 der darüberliegenden Platte 22. Die Gesamtbreite der mittleren Platte 23 ist geringer als die der darüberliegenden Platte 22. Die unterste Platte 24 ist durchgehend ohne Spalt ausgebildet und weist eine Breite auf, die wiederum geringer ist als die Breite der darüberliegenden Platte 23.

Die Dimensionierungen der Breiten der Platten sowie der Breiten der Durchlaßspalte 25, 26 erfolgt so, daß sich in den einzelnen, durch die Platten 22, 23, 24 gebildeten Etagen der Auslaßvorrichtung 7, 11, 16 vollständige Schüttwinkel für das Adsorbens ausbilden können, die ein Durchrieseln des Adsorbens durch die so gebildete Austragsvorrichtung 7, 11, 16 im Ruhezustand verhindern.

Die Platten 22, 23, 24 sind gemeinsam mit einer Schwingvorrichtung verbunden, die vorzugsweise aufgrund von Vibrationen geringer Amplitude die Schüttwinkel verändern und so zu einem dosierten Austrag des Adsorbens nach unten führen.

Die zwischen den einzelnen Schächten 2, 3, 4 befindlichen trich­ terförmigen Wände 27, 28 bilden zusammen mit den darin eingesetzten Zellenradschleusen 10, 15 eine Trennung der Schächte 2, 3, 4 voneinander für Gase, während über die Schleusen 10, 15 das Adsor­ bens vom obersten Schacht 2 bis zum untersten Schacht 4 wandern kann.

Durch die in den Austragsvorrichtungen 7, 11, 16 gebildeten Schütt­ winkel entsteht eine große Einströmoberfläche für die jeweiligen Gase in die Adsorbenssäulen. Dadurch ist eine gleichmäßige Durch­ strömung der Adsorbenssäulen in den Schächten 2, 3, 4 auch bei ständigem Austrag des Adsorbens in einem reinen Gegenstrom gewähr­ leistet. Die durch die zahlreichen Schüttwinkel gebildete große Schüttgutoberfläche an den Austragsvorrichtungen 7, 11, 16 sorgt darüber hinaus dafür, daß das Adsorbens mit dem heißen sauerstoff­ freien Gas bei maximaler Temperatur in einen innigen Kontakt kommt und dadurch sicher regeneriert wird.

Die Seitenwände des vorzugsweise viereckigen Reaktors werden zweckmäßigerweise mit keramischen Werkstoffen, vorzugsweise mit den Bestandteilen Aluminiumsilicat oder Aluminiumoxyd, ausgekleidet. Hierdurch wird sowohl eine Wärmeisolierung als auch ein Korrosions­ schutz bewirkt. An der Einlaßöffnung 8 für das heiße Inertgas kommt es nicht zu Korrosionsproblemen. Die mit dem Desorptionsgas in Berührung kommenden Anlagenteile, also die oberen Wände des oberen Schachtes 2 sowie die Auslaßöffnung 9 und die Leitung 13 können aus am Markt verfügbaren korrosionsfesten Werkstoffen hergestellt werden, da die Aggressivität dieses Gases wegen seiner relativ geringen Temperatur nicht übermäßig groß ist.

Im untersten Schacht 4 treten keine Korrosionsprobleme auf, da das Adsorbens und das Gas dort schadstofffrei sind.

Selbstverständlich kann auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein mehrfacher Durchlauf des Reichgases durch die Regeneration verwirklicht werden, um ein hoch angereichertes Reichgas zur Verfügung zu haben, soweit dies Vorteile bei der Weiterverarbeitung bietet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Regenerieren von kohlenstoffhaltigen beladenen Adsorbentien, die in Form eines Wanderbettes im Gegenstrom von heißen sauerstofffreien Gasen durchströmt werden, die das Adsorbens auf eine Desorptionstemperatur aufheizen, wobei das beim Durchlauf durch das beladene Adsorbens entstandene Desorptionsgas ein zweites, aus regeneriertem Adsorbens gebildetes Wanderbett im Gegenstrom durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wanderbett so gebildet wird, daß das vom sauerstofffreien Gas maximal aufgeheizte Adsorbens die Ausgangsschicht des zweiten Wanderbettes bildet, oberhalb der eine Reichgasabführung (14) vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oberen Schacht (2), durch den das zu regenerierende Adsorbens als Wanderbett von oben nach unten hindurchgeführt wird, mit einer Einlaßöffnung (8) für das heiße sauerstofffreie Gas am unteren Ende und einer Auslaßöffnung (9) für das Desorptionsgas am oberen Ende des ersten Schachtes (2), und mit einer Austragsvorrichtung (7) für das Adsorbens am unteren Ende des ersten Schachtes (2),
durch einen unter dem ersten Schacht (2) angeordneten zweiten Schacht (3) zur Aufnahme des aus dem ersten Schacht (2) ausgetragenen Adsorbens über eine Schleuse (10) mit einer dosierenden Austragsvorrichtung (11) am unteren Ende des zweiten Schachts (3) und
durch eine Gasleitung (13), die die Auslaßöffnung (9) des ersten Schachts (2) mit einer Einlaßöffnung (12) des zweiten Schachts (3) verbindet und durch eine am oberen Ende des zweiten Schachts (3) angeordnete Auslaßöffnung (14) für das Reichgas.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des zweiten Schachts (3) ein dritter Schacht (4) angeordnet ist, in den das regenerierte Adsorbens über eine Schleuse (15) gelangt und durch den kühles Inertgas im Gegen­ strom strömt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Austrag des Adsorbens in den Schächten (2, 3, 4) mittels einer Austragsanordnung (7, 11, 16) erfolgt, die aus konisch zueinander verlaufenden, einen Durchtrittsspalt (21) definierenden, festen Leitblechen (19, 20) und wenigstens für jeden Durchtrittsspalt (21) zwei übereinander mit Abstand angeordneten Platten (22, 23, 24) besteht, von denen die obere einen vorzugsweise mittigen Durchlaßspalt (25, 26) aufweist und die untere durchgehend ausgebildet ist, wobei die wenigstens zwei Platten (22, 23, 24) solche Breiten aufweisen,
daß das Adsorbens vollständige Schüttgutwinkel bilden kann und die wenigstens zwei Platten (22, 23, 24) mit einem Schwing­ antrieb verbunden sind, der durch die Schwingbewegung der Platten (22, 23, 24) zu einem dosierten Austrag des Adsorbens führt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die untereinander angeordneten Schächte (2, 3, 4) in einem gemeinsamen Reaktorgehäuse (1) untergebracht sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schächte (2, 3, 4) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.