DE2506394B2 - Wirbelschichtreaktor zur thermischen regenerierung von beladenen aktivkohlen - Google Patents

Wirbelschichtreaktor zur thermischen regenerierung von beladenen aktivkohlen

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DE2506394B2 DE19752506394 DE2506394A DE2506394B2 DE 2506394 B2 DE2506394 B2 DE 2506394B2 DE 19752506394 DE19752506394 DE 19752506394 DE 2506394 A DE2506394 A DE 2506394A DE 2506394 B2 DE2506394 B2 DE 2506394B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelschichtreaktor zur thermischen Regenerierung von mit Abwasserinhaltsstoffen beladenen Aktivkohlen durch Erhitzen und Reaktion mit einem Vergasungsmittel in einer rechteckigen langgestreckten Wirbelschicht, die mit quer zur Wanderrichtung der Aktivkohle angeordneten Sperrorganen mit Durchtrittsstellen versehen ist.
Die thermische Regenerierung beladener Aktivkohle wird im allgemeinen in Etagen- oder Drehrohröfen durchgeführt, wobei die Aktivkohle den Regenerationsofen kontinuierlich durchläuft. Neben einer schonenden Behandlung der Aktivkohle müssen die Regenerationsöfen einen guten Wärme- und Stoffaustausch sowie ein enges Verweilzeitspektrum ermöglichen. Eine wesentliche Verbesserung des bei Etagen- oder Drehrohröfen zu erreichenden Wärme- und Stoffübergangs ist durch die Verwendung eines Wirbelschichtofens möglich. Diese werden bereits großtechnisch zur Regenerierung von mit Trinkwasserinhaltsstoffen beladener Aktivkohle eingesetzt.
Es ist bekannt, die thermische Regenerierung in Wirbelschichtreaktoren mit mehreren übereinander angeordneten einzelnen Wirbelschichten durchzuführen, bei denen die zu regenerierende Aktivkohle und die Treibgase sowie die Vergasungsmittel im Gegenstrom geleitet werden. Die Aktivkohle durchläuft demnach diese mehrstufige Wirbelschicht kontinuierlich von oben nach unten. Neben den aufgezeigten Vorteilen hat nun die mehrstufige Wirbelschicht mehrere schwerwiegende Nachteile, /. B. ein relativ großes Reakiionsvolumen und die Tatsache, daß die einzelnen Stufen durch Falleitungen miteinander verbunden sein müssen, durch die die Aktivkohle nach Überwinden eines Überlauf-■> wehres in die nächst tiefere Stufe gelangt (DT-PS 9 51 8'c4).
Es ist weiter bekannt, in einem rechteckigen, langgestreckten Wirbelschichtreaktor auf dem Anströmboden quer zur Strömungsrichtung der Feststoffe κι senkrechte Wände mit Engstellen anzuordnen. Diese Engstellen können auch durch Öffnungen in den senkrechten Trennwänden gebildet werden. Hierdurch soll eine gleichmäßige Behandlung der einzelnen Feststoffteilchen, beispielsweise bei der Aktivierung r> von kohlenstoffhaltigen Stoffen mit Wasserdampf oder Aktivierungsgasen bei Rotgluttemperatur, erzielt werden (DT-PS 9 71417). Derartige Konstruktionen haben sich jedoch im BetrieD für die Aktivkohle-Regenerierung nicht bewährt, weil ein Teil der Aktivkohle-Teilchen überaktiviert wird und dadurch einen Aktivkohle-Verlust verursacht.
Aus der DT-OS 2139 465 ist schließlich eine Vorrichtung zur Behandlung von Teilchen im Wirbelbett bekannt, bei der quer zur Wanderrichtung der
>ϊ Teilchen in der rechteckigen langgestreckten Wirbelkammer Wände angeordnet sind, die nahe am Boden Öffnungen mit zugehörigen Absperrorganen aufweisen. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in den einzelnen Kammern immer mindestens ein Absperrorgan ge-
jo schlossen und ein anderes geöffnet, um in den einzelnen Kammern unterschiedliche Verweil/eiten zu erzielen. Bei den hohen Temperaturen, wie sie bei der Aktivkohleregenerierung üblich sind, wird die Beweglichkeit der Klappen sehr schnell nachlassen, so daß sich
)5 tote Winkel ausbilden, die einer guten Durchmischung und gleichmäßigen Behandlung hinderlich sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der mehrstufigen Wirbelschicht, das Verweilzeitspektrum in einer ein- bzw. zweistufigen Wirbelschicht so zu verbessern, daß gleichzeitig die Adsorptionsfähigkeit der frischen Aktivkohle wiedergewonnen und der Verlust an Aktivkohle unter 3% pro Regenerierung gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Wirbelschichtreaktor, bei dem das Verhältnis von Länge zu Breite des Anströmbodens größer als zwei ist, in der Wirbelschicht zwischen 2 und 20 bewegliche, von oben eingeführte, in der Höhe verstellbare Eintauchwehre angeordnet sind und der Gasraum über dem Wirbelbett in einen über dem Einlauf der Aktivkohle angeordneten Gasraum, der an eine Kondensationsanlage angeschlossen ist und einen Gasraum geteilt ist, der mit einer Nachverbrennungsanlage in Verbindung steht.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist in dem Wirbelschichtreaktor eine weitere Wirbelschicht mit einem oder mehreren Eintauchwehren übergeordnet, die ein Überlaufwehr aufweist.
Der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor ist bedeutend einfacher konstruiert als ein mehrstufiger Wirbelschichtreaktor mit mehreren übereinander angeordneten Anströmböden. Die Eintauchwehre sind in der Höhe verstellbar, so daß der Hauptvorteil der Erfindung darin besteht, daß eine Anpassung der
b5 Aufenthaltszeit der Aktivkohle an die durch Änderungen in Art oder Konzentration der adsorbierten Abwasserinhaltsstoffe erforderlich werdende Änderung des Betriebszustandes möglich ist. Die Eintauchtiefe der
Einlauchwehre beträgt zwischen 40 und 80% der Aktivkohlcfüllhöhe im Wirbelschichtreaktor. Die Eintauchtiefe soll hierbei zum Aktivkohleauslauf hin zunehmen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Regenerierung in einem ein- o;br zweistufigen Wirbelschichtreaktor durchgeführt werden kann, wobei eine Produktqualität und eine Ausbeute erhalten wird, die früher nur durch die Verwendung vielstufiger Wirbelbettreaktoren möglich war. Mit Hilfe der verstellbaren Eintauchwehre gelingt es nämlich, den Stoffstrom von der Aktivkohleaufgabe zum Aktivkohleauslauf so zu beeinflussen, daß eine sehr gleichmäßige Aufenthaltszeit der Aktivkohle in dem Wirbelschichtreaktor erzielt wird. Als Folge der vergleichmäßigten Aufenthaltszeit zeichnet sich die regenerierte Aktivkohle durch einen nahezu einheitlichen Aktivierungszustand aller Aktivkohle-Teilchen aus, was an der Adsorptionsleistung erkenntlich ist. Weiterhin ist infolge der einheitlichen Aufenthaltszeit der einzelnen Teilchen auch die Ausbeute bei der Regenerierung sehr hoch, so daß der Verlust pro Regenerierung im allgemeinen unterhalb 3% liegt. Ferner bleibt durch den einheitlichen Reaktivierungsgrad das Kornspektrum der frischen Aktivkohle erhalten, so daß die regenerierte Aktivkohle das gleiche mittlere Schüttgewicht aufweist wie die frische Aktivkohle. Somit läßt sich die Einstellung des Schüttgewichtes im Verlaufe der Regenerierung auf das der frischen Aktivkohle als Maß für die erforderliche Verweilzeit bzw. die einzustellende Regenerierungstemperatur benutzen.
Die Schichthöhe der Aktivkohleschüttung soll maximal
, 4F
betragen, wobei Γ die Querschnittsfläche der Kammer und u ihr Umfang ist. Die Aktivkohle liegt in der Regel auf einer 20 bis 100 mm hohen Schicht aus Quarzsand oder Korund der Körnung 1 bis 2 mm, durch die eine Verbesserung des Wirbelverhaltens der Aktivkohle erzielt wird. Die Wirbelschichthöhe selbst kann durch ein Überlaufwehr eingestellt werden.
Der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor sowie seine Arbeitsweise sei anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. I eine schematische Gesamtansicht des Wirbelschichtreaktors in einem Längsschnitt,
Fi g. 2 eine Aufsicht auf diesen Wirbelschichtreaktor,
F i g. 3 eine schematische Gesamtansicht des doppelstückigen Wirbelschichtreaktors in einem Längsschnitt und
F i g. 4 eine Aufsicht auf den Reaktor gemäß der F i g. 3.
Nach Fig. I und 2 wird die nasse zu regenerierende Aktivkohle über das Zulaufrohr I einem Wirbelschichtreaktor 2 zugeführt. Das Zulaufrohr 1 ist mit einem feststehenden konischen Einbau 3 versehen, durch den die beladene Aktivkohle gleichmäßig verteilt in die Wirbelschicht 4 gelangt. Auf dem Anströmboden 5 kann sich eine Schicht aus Quarzsand oder Korund zur Verbesserung des Wirbelverhaltens der daraufliegenden Aklivkohleschüttung befinden. Die Wirbelschichthöhe und damit das im Wirbelschichtreaktor befindliche Aktivkohlevolumen kann durch die Höhenverstellung des Überlaufwehrs 8 eingestellt werden. Über die Länge (L) des Wirbelschichtreaktors 2 mit der Breite (B) verteilt, unterbinden Eintauchwehre 6 den direkten Weg der Aktivkohle in der Wirbelschicht 4 zum Aktivkohleiiuslauf 7 hin. Die Einuiuchwehre 6 sind in einem Mindestabstand (I), der der Aktivkohlefüllhöhe entsprechen sollte, mit zunehmender Eintauchtiefe zum -, Aktivkohleauslauf 7 hin in die Wirbelschicht 4 eingeführt. Die regenerierte Aktivkohle wird in einem Behälter 9, der gleichzeitig als Gassperre dient, direkt mit Wasser gekühlt. Die benetzte Aktivkohle kann darauf unmittelbar hydraulisch zu einem Adsorptions-
Hi reaktor gefördert werden.
Die Abgase aus der ersten Kammer bis zum ersien Eintauchwehr 6 in der Wanderrichtung der zu regenerierenden Aktivkohle werden durch die Gashaube 16 zur Kondensation abgeführt, während die Abgase
ι -, der restlichen Kammern bis zum Überlaufwehr 8 durch die Gashaube 17 einer Nachverbrennung zugeführt werden.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen einstufigen Wirbelschichtreaktors verläuft beispielsweise wie folgt:
Für die Reinigung von 30 mVh Kokereiabwasser mit einem TOC-Gehalt von 1200 mg/1 (TOC = gesamter organischer Kohlenstoff) werden 0,4 mVh Aktivkohle benötigt. Steigt nun der TOC-Gehalt auf 1800 mg/1, erhöht sich der Aktivkohlebedarf auf 0,55 m Vh.
2-5 Die Regenerierung der mit Abwasserinhaltsstoffen beladenen Aktivkohle erfolgt in einem Wirbelschichtreaktor von 2,8 m Länge und 0,7 m Breite. Über die Länge des Wirbelschichtreaktors sind 3 Eintauchwehre in einem Abstand von 0,7 m angeordnet, deren Eintauch-
JO tiefe von der Aktivkohleaufgabe zum -auslauf hin zwischen 0,1 bis 0,36 m variiert werden kann. Die Überlaufwehrhöhe ist zwischen 0 und 0,45 m stufenlos verstellbar. Es wird z. B. auf 0,33 m eingestellt. Wird nun die Regenerierung bei einer Temperatur im Segment des Aktivkohleauslaufs von 8200C und einer mittleren Verweilzeit von 30 min, bezogen auf die eingegebene Menge, ohne Eintauchwehre gefahren, so beträgt der Aktivkohleverlust 15%. Verwendet ι man die drei Eintauchwehre und stellt deren Eintauchtiefen so ein, daß die des ersten Eintauchwehres, vom Einlauf aus gezählt, 40%, die des zweiten 60% und die des dritten vor dem Aktivkohleauslauf 80% der Aktivkohleschichthöhe beträgt, d. h., sie tauchen 0,13 m, 0,20 m und 0,26 m ein, so wird der Verlust bei sonst gleichen Bedingungen auf 2,6% pro Regenerierung gesenkt. Bei Erhöhung des Aktivkohledurchsatzes von 0,4 auf 0,55 mVh muß die Höhe des Überlaufwehres von 0,33 m auf 0,45 m verstellt und die Eintauchtiefe der Eintauchwehre entsprechend den prozentualen Werten verändert werden, um den Verlust auf dem niedrigen Wert von 2,5% zu halten. Erhöht man bei dem größeren Durchsatz die Höhe des Überlaufwehres nicht, so ergibt sich eine kürzere Verweilzeit von 22 min, die zur Erzielung eines ausreichenden Reaktivierungsgrades durch eine Erhöhung der Temperatur im Segment des Aktivkohleauslaufes auf 8600C kompensiert werden muß. In diesem Fall ergibt sich ein Akfivkohleverlust von ca. 2,8% pro Regenerierung. Die regenerierte Aktivkohle weist die gleiche Adsorptionsleistung für das zu reinigende Kokereiwasser auf wie die frische Aktivkohle.
Die Gasmenge in der ersten Kammer beträgt ca. 900m,'/h und enthält bei einem Phenolgehalt des behandelten Abwassers von 1000 mg/1 ca. 20 kg/h
b5 Phenol, das in einer hier nicht beschriebenen Anlage zur fraktionierten Kondensation rückgewonnen wird. Die restliche Gasmenge von 180OmVh wird der Nachverbrennung zugeführt.
Nach Fi g. 3 ist über der beschriebenen Wirbelschicht 4 mil der Breite lh im Wirbclschichtreakior 2 eine zweite Wirbelschicht 11 mit der Breite B\ ungeordnet, üic nasse zu regenerierende Aktivkohle wird über das Zulaufrohr 1 und den konischen Einbau 3 zunächst in die obere Wirbelschicht 11 des Wirbelschiehtreaktors 2 eingeführt. Sie läuft nach Passieren des Einlauehwchres 12 und des verstellbaren Überlaufwchres 13 durch die Falleitung 14 in die Wirbelschicht 4, wo der weitere Weg der Aktivkohle, wie bei Fig. I beschrieben, erfolgt. Auf diese Weise werden die Desorptionszone und die Reaktivicrungszone voneinander getrennt. Die Wirbelgase werden in der Brennkammer 15 erzeugt. Sie durchströmen zunächst den Anströmboden 5 und die Wirbelschicht 4, dann den Anströmboden 10 und die Wirbelschicht 11. Auch hier werden die Abgase durch die Gashaube 16 zur Kondensation und durch die Gashaube 17 einer Nachverbrennung zugeführt.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen zweistufigen Wirbelschichtreaktors verläuft beispielsweise wie folgt:
Für die Reinigung des im Beispiel I beschriebenen Kokereiabwassers wird die Abwasserreinigungsanlage durch eine übergeordnete Wirbelkammer von 1,35 m Länge und 0,55 m Breite ergänzt. Die Höhe des Übcrlaufwehrs bzw. der Aktivkohleschicht beträgt 0,10 m und das Eintauchwehr taucht 0,06 m in diese Wirbelschicht ein. Bei der aufgegebenen Aktivkohlemcnge von 0.4 mVh beträgt die mittlere Verweilzcii de Aktivkohle in der oberen Wirbelschicht (Dcsorptions zone) 12 min. Die untere Wirbelschicht (Rcuktivierungs zone) hat eine Länge von 2.0 in und eine Breite vo 0,55 m. Die Höhe des Übcrlaufwehrs ist auf 0,11 π eingestellt; damit ergibt sich in der unteren Wirbel schicht eine Verwcilzcit von 18 min. In der unterei Wirbelschicht sind 3 Eintauchwehre in einem Abstaue von 0,5 m angeordnet. Ihre Eintauchtiefe beträgt von
K) Einlauf der Aktivkohle beginnend 40%, 60% und 80°/ der Aklivkohleschichthöhe, d.h. sie tauchen 0,04 in 0,07 m und 0,09 m ein. Die benötigte Wirbclgasincngi beträgt 1500 m η/h. Die Gastemperatur wird s( eingestellt, daß die Temperatur in die Reaktivierungszo nc im Mittel 8200C beträgt. Nach Passieren dieser Zorn wird das Abgas durch Vcrdüsen von Wasser so wci abgekühlt, daß die Temperatur der Desorptionszone in Segment des Aktivkohleeintrages ca. 1800C, in Segment des Aklivkohleaustrages ca. 350°C beträgt Das Abgas aus dem letztgenannten Segment (ca 700 in^/h) wird zu einer Kondensationsanlage geführt Es enthält bei aem Phenolgehalt des behandeltei Abwassers von 1000 mg/1 ca. 35 kg/h Phenol, dii zurückgewonnen werden. Die restliche Abgasmengi von 800 in Vh wird der Nachverbrennung zugeführt. Dc Aktivkohlevcrlust beträgt ca. 2,4% und die rcgenerierti Aktivkohle weist die gleichen Adsorptionslcistungci auf wie die frische Aktivkohle.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Wirbelschichtreaktor zur thermischen Regenerierung von mit Abwasserinhaltsstoffen beladenen Aktivkohlen durch Erhitzen und Reaktion mit einem Vergasungsmittel in einer rechteckigen langgestreckten Wirbelkammer, die mit quer zur Wanderrichtung der Aktivkohle angeordneten Sperrorganen mit Durchtrittsstellen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wirbelschichtreaktor (2), bei dem das Verhältnis von Länge :ju Breite des Anströmbodens (5) größer als zwei ist, in der Wirbelschicht (4) zwischen 2 und 20 bewegliche, von oben eingeführte, in der Höhe verstellbare Eintauchwehre (6) angeordnet sind und der Gasraum über dem Wirbelbett in einen über dem Einlauf (1) der Aktivkohle angeordneten Gasraum (16), der an eine Kondensationsanlage angeschlossen ist, und einen Gasraum (17) geteilt ist, der mit einer Nachverbrennungsanlage in Verbindung steht.
2. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wirbelschichtreaktor (2) eine weitere Wirbelschicht (11) mit einem oder mehreren Eintauchwehren (12) der Wirbelschicht (4) übergeordnet ist, die ein Überlaufwehr (13) aufweist.
3. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Eintauchwehre (6) zwischen 40 und 80% der Aktivkohlefüllhöhe im Wirbelschichtreaktor beträgt.
4. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Eintauchwehre (6) zum Aktivkohleauslauf (7) hin zunimmt.
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