JPH05506404A - 流動床の吸着剤を再生する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流動床の吸着剤を再生する装置および方法発明の分野 本発明は流動床再生装置および前記再生装置を使用する方法に関し、そしてさら に特定的には、タールのような生成物を吸着した吸着剤、例えば、アルミナを再 生する装置および方法に関する。

発明の背景 化学プロセスの気体状排出物質から有害な物質をパージするためにアルミナを使 用することはよく知られている。炭素電極、例えば、アルミニウムを電解製造す る場合に使用される電極を製造するときに、あるタール質の生成物、例えば、ピ ッチが生成される。これらの電極の焼成の間に発生したヒユームはタールを含ん でおり、タールは「ドライスクラビング」と呼ばれているプロセルにおいて微粉 アルミナに吸着させることによりしばしば回収される。

しかしながら、ある地域における現在の法規はこのような生成物（例えば、ヒユ ームからタールを吸着したアルミナ）を運搬することを禁止し、またごみ屑処理 場における廃棄処分もまたある地域では禁止されている。

したがって、化学プロセスからのヒユームおよびガスの成分、例えば、タールを 除去する場合に有用な吸着剤、例えば、アルミナを再生することが重要である。

再生されたアルミナは「ドライスクラビング」に再使用することができるので、 再生は経済的に効率的であるという付加的な利点を有している。

理想的な再生方法は電極が製造される場所から遠隔の場所で行われるという付加 的な利点を有する。

流動床に基づいてアルミナを再生する方法は既に知られているが、機能的な不利 点があり、そして効率が低い。

例えば、フランス特許出願ＦＲ−Ａ−７８３０９４０およびＦＲ−Ａ−７９０２ ９４１の優先権を主張する）米国特許第４２７６０１９号は異なる熱安定性を有 する少なくとも二種類の揮発性成分で満たされた吸着物質、例えば、アルミナを 再生する方法に関する。

揮発性成分の一つは第１流動床内で焼成され、この反応器中には吸着剤が連続的 に導入され、そして吸着された物質を揮発させるために十分に高い温度において 酸化ガス内に浮遊せしめられる。この第１処理後、部分的にパージされた吸着剤 が第１反応器内で脱着された気体状生成物を含むキャリヤーガスから分離される 。

その後、第２流動床反応器内では、部分的にパージされた吸着剤が冷却ガス内に 浮遊させることにより冷却される。第２流動床内のキャリヤーは分離から生じた ガスの少なくとも一部分を含み、そしてこのガスは冷却され、それにより第１反 応器内で脱着されたある気体状成分を第２反応器内で再吸着させることができる 。

上記の米国特許は、また、プロセスの効率を高めるために第１反応器または第２ 反応器内の物質の再循環と、プロセスを改良するための装置、例えば、気体の流 れの供給を容易にするためのベンチューリーとを含む上記の基本的なプロセスの 改良を開示している。

上記のプロセスの基本的な原理は汚染した吸着剤を約９００℃の温度に保たれた 加熱されたガス内に短時間浮遊させることである。しかしながら、このプロセス の効率は極めて低く、その結果部分的に再生された吸着剤、例えば、アルミナは 新しい吸着剤と同程度の効力を有していない。

別の先行技術のプロセスは、流動化空気と混合したガスを燃焼させることにより 当初予熱された流動床内でタールを焼成することからなっている。この場合に到 達する温度は燃焼中のタールの量の関数である。この°プロセスは、温度が吸着 された物質の引火点（約５００℃〜５５０℃）を超えるときに温度の迅速な上昇 （「急上昇」）のために制御することが困難である。

この温度を適正なレベルに維持するためには、温度上昇速度を遅くするために反 応器にアルミナを供給することが必要であり、そしてそのようにしないと、吸着 剤が損傷して、その吸着性が損なわれる。

したがって、この生成物を再び使用することができず、その結果吸着剤から吸着 された物質を除去するプロセスの最大の利点が無効になる。このようなプロセス において遭遇した主な開運は温度の「急上昇」を制御することである。この問題 は、不都合なことには、解決することが非常に難しい。

発明の要約 それ故に、本発明の目的は、吸着剤、例えば、アルミナを再生するための改良さ れた方法を提供することにある。本発明によるこの好ましい方法は、得られる生 成物が白色でありかつ炭素含有量が非常に低い（０，０１％よりも少ない）ので 、非常に良い結果が得られ、従来得られなかった高い効率が得られる。

本発明の再生装置は不連続（バッチ）プロセスで稼動させることができる流動床 の原理に基づいている。この好ましい装置は上部にフードが取り付けられた流動 化室を有する反応器を備えている。処理しようとする生成物は空気の注入により 反応器内に浮遊せしめられ、そして反応器は間接加熱装置、例えば、（安全性を 高める）マツフルを備えた電機炉により加熱される。このような間接加熱装置の 主な利点は、プロセスの制御を容易にする加熱操作と、冷却操作とパージ操作と の間の分離、すなわち、独立である。さらに、生成物は燃料と接触せず、したが って、爆発のおそれが少ない。実際に、好ましい一実施例における安全確保の増 進は、設計上の二つの特徴、すなわち、 一加熱装置と熱処理位置との隔離と、 −構造上の安全が確保される電気エネルギの使用とから得られる。また、プロセ ス制御および温度制御が容易であるので、熱効率も改良される。

勿論、間接加熱装置は、当業者に明らかであるような別の型式のエネルギを使用 することができる。

反応器は上部にフードが設けられた流動化室を備えており、フードの上方には、 加熱段階中に揮化した成分を焼失されるための後燃焼装置が設けられている。後 燃焼装置の一端部には、バーナが設けられている。この後燃焼装置は、流動床の 温度が可燃性または爆発性の成分の引火点に達する前に可燃性または爆発性の成 分が燃焼せしめられるので、特に重要でありかつ有効である。

吸着剤、例えば、アルミナは、もしも電極の製造中に使用されれば、例えば、あ る量のタールを吸着していることがある。そして、これらのタールは、ナフタレ ン、フルオレン、アントラセン、フルオランテン、ピレン、ベンゾアントラセン およびベンゾピレンのような成分を含有していることがあるが、これらの成分に 限定されるものではない。これらの成分のすべては、勿論、反応器内の温度が所 定の閾値に達したときに揮化するが、引火点に達する前に加熱段階中に発生した ガスを焼失させるために、後燃焼装置が使用される。

前記成分が引火点に達したために温度の「急上昇」が起きるときに、規制装置（ 規制手段）が作動する。

この規制装置は流動化室の内部に熱交換器（熱交換器または冷却装置）を含む。

この熱交換器には、流動化室内の温度よりもはるかに低い温度の圧縮空気、すな わち、高圧の空気（「超高圧」空気）が供給される。冷却された圧縮空気が流動 化室中に注入されると同時に加熱装置の作動が止められ、したがって、流動化室 内の温度上昇を制御することができる。

この好ましい吸着剤再生装置はプロセスを制御するための付加的な改良を施され ている。例えば、冷却用空気の流量が反応器の室内の温度に依存するように圧縮 空気の流量（空気流量制御装置）を制御することができる。

また、この好ましい吸着剤再生装置は、前記生成物を測定する装置等を含む処理 しようとする生成物を再生装置に供給するための供給ボックスを備えている。こ のような供給ボックスは、この種類の装置においてよく知られている。

吸着剤は、熱処理後、反応器から出て冷却装置に導かれる。この冷却装置は、流 動床または熱交換器（例えば、粒子減速器（ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｌｏｗｅｒ） 、または冷却用スクリュー、またはこのような目的に便利に使用される任意のそ の他の装置）である。

この反応器は、好ましくは、流動化操作を改良するためにガスの流れを調整する ための分配器または分配用格子を含み、この分配格子はブロワ−により空気が供 給される流動化室の底部に配置された分配室の頂部に設けられている。

上記の開示した装置は本発明の吸着剤再生方法に使用するために好適である。

流動床において吸着剤、例えば、アルミナを再生するために使用されるようにな った一つの好ましい方法は、下記の工程を特徴としている。

一子熱された反応器に空気の流れにより流動化せしめられる処理しようとする吸 着剤が供給され、−間接加熱手段を作動させ、 一吸着された可燃性／爆発性成分、例えば、タールの温度が引火点に達したとき に、加熱装置の作動が止められ、そして熱交換器に圧縮空気が供給され、−反応 器内の温度がこの明細書において第１安定期と呼ぶ第１の所定の時間の間所定の 第１温度範囲内に維持され、 −好ましい一実施例においては、自由選択により、最良の結果を得るために、圧 縮空気の供給が止められ、そして温度が第２の所定範囲内の第２温度に達するま で上昇せしめられ、そしてこの温度値が第２安定期と呼ぶ第２の所定の時間の間 維持され、そして −その後、加熱が止められ、そして生成物が流動化室外に、好ましくは、冷却装 置に転送される。

好ましい一実施例においては、下記の温度範囲および処理時間を使用して最良の 結果が得られた。

−３０分ないし６０分の第１安定期の間、温度が６００℃ないし６５０℃の範囲 内に維持される。

−５分ないし１５分の第２安定期の間、温度がより高い８００℃ないし８５０℃ の範囲内に維持される。

実際に、アルミナ上のタール成分の揮化は約３４０℃において始まり、化学反応 は沸騰反応であるので、吸収熱反応である。

約５４０℃において、吸着された成分のうちのある成分（すなわち、タール成分 ）が引火点に達し、その結果、温度上昇速度が加速される。タール成分の燃焼に より、再生装置内の温度の「急上昇」が発生する。この温度の急上昇は、制御し なければならず、制御しないと、得られた生成物の吸着性が低下する。

これは正し〈従来技術により解決されていない問題である。

もしも温度急上昇を回避しないで（例えば、温度を６００℃ないし６５０℃の範 囲内に維持しないで）生成物が加熱されれば、生成物にコークが生ずることが発 見された。このコークスを除去することは非常に困難である。もしも生成物が８ ００℃よりも高い温度レベルに１５分よりも長い時間保たれれば、吸着剤に吸着 性を与える特定の表面が損なわれるので、その生成物は再び使用することかでき ない。

それ故に、生成物の温度を制御することが重要であり、この温度制御は流動化室 内に挿入された熱交換器（熱交換装ｆ）により行われることが好ましい。この温 度制御は、好ましい一実施例においては、空気／流動化された生成物用熱交換器 （空気／流動化された生成物用熱交換装置）により行われる。冷却水が加熱され た吸着剤と接触するときに冷却水の気化により生ずるウォーターハンマーを回避 するために、冷却のために水よりも空気を使用することが好ましい。

流体床の温度を所望のレベルに維持することを助けるために、空気の流量が制御 されることが好ましい。

３０分ないし６０分後、温度レベルの安定を保証するために必要な空気量が減少 する。この処理の段階において、生成物の色が灰色であることから明らかである ように、アルミナ中に炭質材料が残存する。しかしながら、炭素化合物は０．１ ％よりも低い非常に低い濃度で存在する。したがって、このプロセスの第１段階 では、有利な再生プロセスが得られる。

この残存している残留炭質物を除去するために、試験が行われた。これらの試験 は、６００℃ないし６５０℃の範囲内の温度において第１安定期の期間を長くす ることを包含していた。しかしながら、このプロセスの効率は悪かった。

温度を約８００℃〜８５０℃に高めることにより、もしも温度を前記の範囲内に 約１０分間維持すると、白色の生成物が生ずることが意外なことに発見された。

それ故に、好ましい方法は、第２加熱安定期を包含しており、この第２加熱安定 期により、吸着剤生成物から吸着した成分のパージを実質的に完了する。

この方法およびその実施に使用される装置により、方法に関するいくつかの利点 が得られ、生成物（吸着剤）を極めて均質に処理することが可能である。そのう え、炭素含有量が極めて低い（０，０１％よりも少ない）生成物を得ることが可 能であるので、結果は非常に良好である。

温度およびプロセスの時間を制御することにより、吸着された弗素の損失が１２ ９６よりも少なくなり、これは重要な利点である。実のところ、弗素を含む成分 の損失を制限することが必要である。その理由は、例えば、アルミナを再循環さ せる場合に、再生装置から送出されるガスが空気と混合されるので、「ドライス クラビング」により処理される空気中に多量の弗素が含まれているからである。

その結果、プロセス効率が低下するこの装置の利点のうちには、熱交換器が好ま しくは、流動化室内に配置され、その結果、流動床における熱交換係数が良好で あるために良好な温度制御が可能になり、また温度の急上昇をなくすために加熱 中に流動化室中に吸着剤粒子を導入する必要をなくすことができるという事実に 留意することが肝要である。

この吸着剤再生装置は、耐熱性スチールで構成すると、ひんばんに修理を行う必 要がなくなるので、このような装置に通常使用されている耐火性コンクリートの かわりに耐熱性スチールで製造されることが好ましい。

したがって、好ましい一実施例においては、この方法は、化合物を吸着した吸着 剤をほぼ吸着された化合物の引火点またはそれを超える温度であって、しかも吸 着剤を損傷する温度を超えない温度に加熱し、その温度を吸着された化合物の９ ９％以上を脱着するために必要な時間間隔の間維持することを含む。この温度は 、吸着された化合物の９９％以上を脱着するために十分な時間間隔の間はぼ吸着 された化合物の引火点とほぼ引火点よりも１５０℃高い値との間の範囲内に維持 されることが好ましい。炭質化合物を吸着したアルミナ吸着剤に対して、該吸着 剤を吸着された炭素化合物の９９％以上を除去するために十分な時間間隔の間、 吸着された化合物の引火点と約６５０℃との間の温度において加熱し、その後残 留する吸着された炭素化合物の含有量が０．０１％よりも少なくなるように約８ ００℃〜８５０℃においてより短い第二処理を行うことにより最良の結果が得ら れる。

図面の説明 する。

発明の詳細な説明　。

下記は第１図を参照して読むべきである本発明の好ましい一実施例の詳細な説明 である。

反応器１は上部にフード３が設Ｃすられた流動化室２を備えており、フード３の 上方には後燃焼装置４が配置されている。後燃焼装置４の下側部分には、温度を １秒の短時間で約８００℃まで迅速に高めることができるバーナ（図示せず）が 設けられている。

流動化室２のまわりには、反応器１内の温度を加熱段階中に高めるために使用さ れる電気マツフル炉６が設置されている。　゛ また、流動化室２は空気／生成物熱交換器７を内蔵している。熱交換器７はいく つかの型式、すなわち、プレート、コイル等の型式をとることができる。

下側部分には、空気分配室８が空気を流動床内に均一に分配するためにかつ特に 供給段階中に製品のふるい分けを回避するために（ノズルまたは別の装置を含む ことができる）分配格子９の下方に配置されている。

流動化室２は耐火性スチールのつばを備えるように構成することができるが、そ の他の材料が電気加熱装置または任意のその他の適当な間接加熱装置と共に使用 されるために適切な熱伝導率を有していれば、その他の耐火性材料を使用するこ とができる。

また、燃焼加熱炉を使用してもよいが、熱効率が低く、そしてガスまたは化石燃 料の使用に付随する危険性が電気加熱炉の使用と比較して大きい。

電気加熱装置が使用される場合には、加熱素子は耐熱性合金、耐火材または炭化 珪素のような導電性材料のいずれかにより製造することができる。

この種類の設計は、不連続（すなわち、バッチ）プロセスを可能にし、したがっ て、吸着剤再生装置の成分に関する条件を変更することにより効果を予想するこ とが必要である。したがって、不連続プロセスの間に起こる熱応力を吸収するた めに、分配格子９が設けられている。

そのほかに、フード３の上側部分は流動化ガスにより運ばれる生成物の量を制限 するために広げられている。

さらに、フード３は該フードを包囲する電熱線である電熱トレーシング（ｅｌｅ ｃｔｒｉｃ　ｔｒａｃｆｎｇ）を備えていることが好ましく、または反応器の壁 部にタールが凝縮することを回避するために少なくとも絶縁材料を備えるべきで ある。もしもタールが反応壁土で凝縮すると、最終製品に黒い斑点が生ずること がある。反応器壁体上にタールが凝縮するおそれを最小限にとどめるために、吸 着剤が供給される前に、反応器が予熱される。

一般的にいえば、反応器のサイズ、マツフルの動力および交換面は、処理しよう とする吸着剤の量、吸着剤のタール含有量および処理しようとする吸着剤の粒度 測定と関連して決定される。

以上、本発明を特定の好ましい一実施例について記載したが、多くの変更、変型 を基本的な発明から逸脱することな〈実施することができる。

Ｆｉｇｕｒｅ　１ 要　約　書 不連続（バッチ）モードで稼動する流動床吸着剤再生装置が開示されている。こ の再生装置においては、微粉吸着剤が空気の流れの中に浮遊せしめられる上部に フードを備えた流動化室を有しかつ間接加熱装置により加熱された反応器が設け られ、フードの上方に後燃焼装置が設けられ、そして空気／生成物熱交換器が流 動化室の内側に配置され、吸着剤を冷却するために圧縮空気を循環させる。後燃 焼装置の室の一端部にはバーナが取り付けられている。脱着されたガスの凝縮を 最小限にとどめるために、電熱線がフードを包囲している。

流動床吸着剤再生装置を使用する方法が開示されている。反応器の温度は所定の 時間間隔、好ましくは、３０分ないし６０分間第１の値まで高められる。その後 、反応器は、より高い温度まで上昇せしめられ、その温度に短時間、好ましくは 、５分ないし１５分の間維持される。

国際調査謡倫

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．微粉生成物を空気の流れ内に浮游させることができる上部にフード（２）が 設けられた流動化室（３）を有する反応器（１）を備えた流動床再生装置におい て、反応器（１）が間接加熱装置（６）により加熱されることを特徴とする流動 床再生装置。
2. ２．請求の範囲１に記載の流動床再生装置において、フード（３）の上方に後燃 焼装置（４）が設けられていることを特徴とする流動床再生装置。
3. ３．請求の範囲１または２に記載の流動床再生装置において、流動化室（３）が 内部に圧縮空気が循環せしめられる内部の空気／生成物熱交換器（７）を備えて いることを特徴とする流動床再生装置。
4. ４．請求の範囲１から３までのいずれか一項に記載の流動床再生装置において、 間接加熱装置（６）が前記流動化室（３）を包囲するマツフルを備えた電気炉で ある流動床再生装置。
5. ５．請求の範囲１から４までのいずれか一項に記載の流動床再生装置において、 後燃焼装置（４）が一つの端部にバーナ（５）が取り付けられた室を備えている ことを特徴とする流動床再生装置。
6. ６．請求の範囲１から５までのいずれか一項に記載の流動床再生装置において、 熱交換器（７）内で循環する圧縮空気の流量が流動化室（３）内の温度に依存す ることを特徴とする流動床再生装置。
7. ７．請求の範囲１から６までのいずれか一項に記載の流動床再生装置において、 フード（２）が電熱線により包囲されていることを特徴とする流動床再生装置。
8. ８．請求の範囲１から７までのいずれか一項に記載の流動床再生装置によりアル ミナを再生する方法において、予熱された反応器に空気の流れの中で流動化され る吸着剤生成物が供給され、 間接加熱が行われ、 前記吸着剤上の吸着された化合物のいくつかの成分の温度が引火点に達したとき に前記間接加熱が止められ、そして熱交換器に圧縮空気が供給され、その温度が 第１安定期と呼ばれる所定の第１期間の間第１の所定の範囲内に維持され、 その後、圧縮空気の流れが止められ、そして第２の所定の温度範囲に達するまで その温度が上昇せしめられ、この温度の値が第２安定期と呼ばれる第２期間の間 維持され、 該加熱が止められ、そして冷却器から正生物が取り出される工程を含むアルミナ を再生する方法。
9. ９．請求の範囲８に記載のアルミナを再生する方法において、第１安定期の温度 が６００℃と６５０℃との間に維持されることを特徴とするアルミナを再生する 方法。
10. １０．請求の範囲９に記載のアルミナを再生する方法において、第１安定期の温 度が約３０分から約６０分までの範囲内の長さであることを特徴とするアルミナ を再生する方法。
11. １１．請求の範囲８に記載のアルミナを再生する方法において、第２安定期の温 度が約８００℃から８５０℃までの範囲内にあることを特徴とするアルミナを再 生する方法。
12. １２．請求の範囲１１に記載のアルミナを再生する方法において、第２安定期の 期間が５分から１５分までの範囲の長さであることを特徴とするアルミナを再生 する方法。