DE3115734C2

DE3115734C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Schadstoffen aus Gasen oder Gasgemischen

Info

Publication number: DE3115734C2
Application number: DE19813115734
Authority: DE
Inventors: Roman Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 5030 Brühl Kurtz; Paul Ing.(grad.) 5000 Köln Lazik
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1981-04-18
Filing date: 1981-04-18
Publication date: 1985-10-31
Also published as: DE3115734A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Durchführung von Adsorptions- und Desorptionsvorgängen wird ein vorzugsweise als Wirbelbett ausgebildetes Bett aus Partikeln mit adsorbierenden Eigenschaften im Kreislauf durch in Bewegungsrichtung des Bettes hintereinander angeordnete Bereiche geführt, in denen die einzelnen Vorgänge gleichzeitig ablaufen. Die dazu verwendete Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse und einem darin angeordneten, rotierbaren Boden, der für gasförmige Medien durchlässig ist und das Bett unterseitig begrenzt. Der vom Gehäuse begrenzte Innenraum und das Bett werden durch Trennwände in Bereiche unterteilt, in denen die einzelnen Vorgänge ablaufen, wobei zwischen Boden und unterer Begrenzung der Trennwände ein Durchgang von geringer Höhe für den Durchgang der das Bett bildenden Partikel bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen aus Gasen oder Gasgemischen durch Adsorption und Desorption unter Verwendung von adsorbierenden Substanzen in Form eines Bettes aus losen Partikeln, durch das wechselweise zu reinigende Medien und desorbierende Medien hindurchgeführt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, zur Entfernung von Schadstoffen aus Gasen oder Gasgemischen, beispielsweise zur Entfernung von SO2 aus Rauchgas, letzteres durch ein Bett hindurchzuführen, welches aus einer Vielzahl von Partikeln aus einem Material mit adsorbierenden Eigenschaften, beispielsweise Aktivkohle oder Adsorptionskoks, besteht Es ist weiterhin bekannt, die von de ι adsorbierenden Substanzen aufgenommenen Stoffe zu desorbieren, also zu lösen und zu entfernen, so daß die adsorbierenden Substanzen erneut verwendet werden können. Häufig wird der Desorption noch eine Zwischenbehandlung nachgescnaltet, durch die die Siibstan-

!5 zcn. aJso beispielsweise der vorerwähnte Koks, aktiviert werden sollen. Im allgemeinen handelt es sich dabei um Maßnahmen, die eine Vergrößerung der für die Adsorption wesentlichen Oberflächen bewirken.

Durch die DE-OS 30 45 978 ist ferner ein Verfahren zum Trennen eines Gasgemisches unter Verwendung von mindestens drei Adsorptionskolonnen bekannt die mit jeweils einem Adsorptionsmittel gefüllt sind. Als Grundverfahrensstufen werden eine Adsorptionsstufe für das Gasgemisch unter ansteigendem Druck, eine Spülstufe und eine durch Druckverminderung bewirkte Desorptionsstufe nacheinander wiederholt Die Stufen werden gleichzeitig, je»'-och in voneinander getrennten Adsorptionskolonnen durchgeführt, wobei im Wechsel die Kolonnen ihre Funktion ändern. Das Adsorptionsmittel, mit dem die Kolonnen gefüllt sind, weist eine Adsorplionsfähigkeit für eine im Gasgemisch vorhandene, selektiv adsorbierbare Komponente auf Dieses bekannte Verfahren läuft insoweit diskontinuierlich ab, als die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen unterschiedlichen Vorgänge in jeder Kolonne aufeinanderfolgend, also absatzweise durchgeführt werden, so daß jede Kolonne an die jeweils einzubringenden Medien anschließbar sein muß. Dies macht einen erheblichen apparativen Aufwand erforderlich. Hinzu kommt, daß bei dauernder Beaufschlagung jeder Kolonne eine Anpassung an unterschiedliche Erfordernisse hinsichtlich des Zeitaufwandes für einen bestimmten Vorgang nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Verfahren und Vorrichtung der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, daß die durch das Bett aus losen Partikeln hindurchzuleitenden Medien kontinuierlich zugeführt werden können, ohne daß ein ständiges Umleiten in unterschiedliche Beuen oder Bettbereiche erforder-Ifch wäre. Die dazu verwendete Vorrichtung soll in ihrem Aufbau und in ihrer Handhabung einfach sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor. daß das unterseitig durch einen für gasförmige Medien durchlässigen Boden begrenzte Bett innerhalb eines Gehäuses auf einer geschlossenen Bahn durch wenigstens zwei in Bewegungsrichtung hintereinanderliegende Bereiche hindurchgeführt wird und im ersten Bereich die das Bett bildenden Teilchen aus dem zu reinigenden Medium Stoffe adsorbieren und gleichzeitig im zweiten Bereich adsorbierte Stoffe durch ein anderes Medium desorbiert werden.

Dies bedeutet, daß das Bett in einem vorzugsweise kontinuierlich stattfindenden Kreislauf durch den Adsorptionsbereich und den Desorptionsbereich sowie ggf. vorhandene weitere Bereiche hindurchgeführt wird, wobei die einzelnen Vorgänge, also beispielsweise Adsorption und Desorption, gleichzeitig ablaufen. Das Bett durchwandert im Zuge seiner Bewegung sämtliche Be-

reiche, wobei es in jedem Bereich einer bestimmten Behandlung unterzogen wird und die das Bett bildenden Partikel vom Eintritt in einen bestimmten Bereich bis zum Austritt aus diesem Bereich eine Veränderung erfahren. Im Adsorptionsbereich besteht diese Veränderung darin, daß die Partikel :m Verlauf des Durchgangs durch diesen Bereich mit den zu adsorbierenden Substanzen beladen werden. Die in beladenem Zustand in den Desorpti,.nsbereich eintretenden Partikel werden

nem oberen Abschnitt 14 und einem unteren Abschnitt 16, zwischen denen der Durchströmboden J2 angeordnet ist. Beide Abschnitte 14 und 16 sind durch überwiegend vertikale Trennwände 18 und 20 in Kammern 22, 24 und 26 unterteilt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Trennwände oberhalb des Siebbodens 12 in einem kurzen, durch Schiebebleche 27 bezüglich seiner Höhe verstellbaren Abstand von diesem enden, so daß zwisichen der oberen Begrenzung des Durchströmbo-

beim Durchgang durch diesen Bereich durch Desorp- io den» 12 und den unteren Begrenzungen der Trennwäntion der Beladung von dieser befreit Im weiteren Be- de ein Durchgang frei bleibt, dessen Höhe so bemessen reich können weitere, den folgenden Adsorptionsschritt ist, daß auf dem Durchströmboden 12 befindliches Adfördernde Behandlungen durchgeführt werden. Sorptionsmaterial, beispielsweise in Form von Adsorp-

tioreskoks, im Zuge der Drehbewegung des Durch-

Durch die DE-OS 29 o"0 875 ist. zwar bereits ein Ge-

genstromverfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten 15 ströimbodens 12 in Richtung des Pfeiles 28 durch diesen

mit Adsorptionsmitteln bekannt, bei welchem die zu behandelnde Flüssigkeit im Aufwärtsstrom durch das Adsorptionsmittel geleitet und durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit im Filter dafür Sorge getragen

Partikeln entsteht Dadurch wird ein durch das Haufwerk selbst bewirkter abdichtender Effekt erreicht Die unterhalb des Durchströmbodens 12 befindlichen Ab-

Durehgang hindurch vo.i einer Kammer in die folgende gelangen kann. Es ist aber auch möglich, die Einstellung der oberen Begrenzung so vorzunehmen, daß in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Durchströmwird, daß der untere Teil der Adsorptionsmittelmasse 20 bodens 12 die das Bett bildenden V.rtikel sich an den ais Wiröeibeti und der obere Teil als Festbett vorliegen. Trennwänden leicht stauen, so daß eine Anhäufung von

Die beladenen Adsorptionsmittel werden its Abwärts- " '" ' · -

strom regeneriert Das Rückspülen der Adsorptionsmittel wird im Aufwärtsstrom vorgenommen. Bei diesem

Verfahren durchläuft zwar das die Adsorptionsbetten 25 schnitt^ der Trennwände können so nahe an den Durchbildende Material auch sämtliche Stationen. Ein durch- strörnboden herangeführt sein, wie es in Anbetracht von

dessen Rotationsbewegung möglich ist Gegebenenfalls kann die Anordnung sogar so getroffen sein, daß die unterhalb des Durchströmbodens 12 jefindlichen Abschnitte der Trennwände mit Dichtleisten versehen sind, die an der Unterseite des Durchströmbodens anliegen. Jede der drei Kammern 22,24 und 26 ist am oberen und unteren Ende mit jeweils einer Leitung 30, 32, 34 bzw. 36, 38 und 40 verbunden. Diese Leitungen dienen in

wird, daß dieses unter Bildung eines Wirbelbettes aufge- 35 Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des sie durchlockert wird. Entsprechendes gilt auch für den Desorp- — tionsbereich und ggf. weitere vorhandene Bereiche. Es
ist allerdings auch möglich, und ggf. zweckmäßig, in we-

gehender Betrieb im Sinne einer kontinuierlichen Zuführung der zu behandelnden Flüssigkeit und/oder des Regenerationsmittels ist jedoch nicht möglich. Vielmehr wird absatzweise gearbeitet

Als besonders zweckmäßig hat sich eine Verfahrensführung herausgestellt bei welcher im Adsorptionsbereich das die zu adsorbierenden Stoffe enthaltende Medium von unten nach oben derart durch das Bett geführt

nigstens einem der Bereiche das diesen durchströmende Medium von oben nach unten durch das Bett zu führen. In diesem Fall wird sich ein Festbett aus lose geschüttetem Material ausbilden. Es ist somit möglich, das Bett in sämtlichen Bereichen in der gleichen Weise, beispielsweise als Wirbelbett oder als Festbett auszubilden. Anfließenden Mediums ais Zuleitungen und Ableitungen. Der Durchströmboden 12 wird von einem Ring 42 getragen, der aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Ansicht gemäß Fig. 1 nur an den Seiten dargestellt ist. Dieser Ring 42 ist oberseitig mit einem Zahnkranz 44 vei^ehen, mit welchem ein Ritzel 46 kämmt, das von -einem Motor 48 angetrieben wird. Um den Umfang des Gehäuses 10 verteilt sind Tragrollen SO angeordnet, auf denen der Ring 42 abgestützt ist. Auf dem Durchström-

dererseits kann es aber auch zweckmäßig sein, unter- 45 boden 12 befindet sich eine Schicht aus mehr oder weni-

schicdliche Ausbildungen des Bettes in den einzelnen Bereichen zu haben.

Zweckmäßig wird das Bett, unabhängig davon, wie es ausgebildet ist, insbesondere, ob es über seine gesamte

ger gleichmäßig verteilten Teilchen aus adsorptivem Material, beispielsweise Adsorptionskoks. Durch die der Kammer 22 zugeordnete Leitung 36 wird ein zu reinigendes Medium, beispielsweise Rauchgas, das von

Lär.ge einheitlich ausgebildet ist, auf einer kreisförmi- 50 SO₂ befreit werden soll, in die Kammer 22 eingeführt, gen Bahn durch die entlang dieser Bahn angeordneten Dabei sind durch in der Zeichnung nicht dargestellte, an

sich

beKannte Mittel, so z. B. durch differenzierte Durc'-xtrömquerschnitte, Vorkehrungen getroffen, daß das Medium sich möglichst gleichmäßig über den Querschnitt der Kamm... 22 und somit über den innerhalb derselben jeweils befindlichen Bereich des Siebbodens 12 und des darauf befindlichen Bettes verteilt. Die Geschwindigkeit, mit welcher das gasförmige Medium durch die Kammer 22 und den Siebboden 12 sowie die

Bereiche hrndurchgeführt werden, so daß es in Draufsicht eine kreisringförmige Ausgestaltung hat Es ist aber auch denkbar, das Bett entlang etwa einer elliptischen Bahn durch die einzelnen Bereiche hindurchzubewegen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema dargestellt. Es zeigt

Fig. I die Seitenansicht einer Vorrichtung zur
Durchführung von Adsorptions- und Desorptionsvor- 50 darüber betindlichen Teilchen geführt wird, ist so gegangen, wählt, daß diese Teilchen aus adsorptivem Material eine

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II der F i g. 1. Wirbelschicht bilden, die die üblichen günstigen Voraus-

Innerhalb eines aus Ober- und Unterteil bestehenden Setzungen für den Stoffaustausch zwischen dem zu reizweiteiligcn Gehäuses 10 ist ein horizontaler, kreisför- nigenden Medium, das zugleich die Wirbelung des Betmiger Durchströmenden 12 angeordnet, der um eine 65 tes bewirkt, und den Feststoffteilchen aufweist. Das gevertikale, durch seinen Mittelpunkt gehende Achse vor- reinigte Medium, also beispielsweise von SO₂ befreites zugsweise kontinuierlich= und mit regulierbarer Ge- Rauchgas, wird durch die Leitung 30 abgeführt Aufschwindigkeit rotiert. Das Gehäuse 10 besteht aus ei- grund der Drehbewegung des Siebbodens 12 in Rieh-

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tung des Pfeiles 28 gelangen die beladenen Teilchen aus dem in der Kammer 22 befindlichen Adsorptionsbereich in den in Drehrichtung dahinter liegenden Desorptionsbereich in der Kammer 24. Hierbei ist davon auszugehen, daß im Bereich der Trennwand 18, soweit letztere die Kammer 22 von der Kammer 24 trennt, das Wirbelbett ohnehin weniger stark ausgeprägt ist, da einmal aufgrund des Vorhandenseins der Trennwand 18 die die Wirbelung bewirkende Strömung des Mediums nicht de Wt gleichmäßig ist wie in den weiter entfernt von der Trennwand 18 befindlichen Bereichen.

Hinzu kommt, daß aufgrund der Reibung der Teilchen im Zuge ihrer Bewegungen innerhalb des Wirbelbettes an der Trennwand 18 das Wirbelbett im Bereich der Trennwand weniger stark ausgeprägt ist mit dem Ergebnis, daß ein größerer Teil der Partikel mit dem Siebboden 12 in Berührung ist und von diesem durch den Durchgang 52 zwischen oberer Begrenzung des SicbbüdcnS 12 Und der Linier käme tier Trennwand 18 hindurch in die Kammer 24 mitgenommen wird.

Durch letztere wird ebenfalls ein Medium von unten nach oben hindurchgeführt, welches insbesondere bezüglich Zusammensetzung und Temperatur so beschaffen ist, daß es die adsorbierten Stoffe von den Adsorptionsteilchen löst, also desorbiert. Auch hier gilt, daß sich ein Wirbelbett ausbildet, welches optimale Voraussetzung für die gleichmäßige Verteilung des Desorptionsmediums sowie Wärme- und Stoffaustausch schafft.

Die in dem von der Kammer 24 gebildeten Desorptionsbereich von der Beladung zumindest weitgehend befreiten Feststoffpartikel gelangen im Zuge der Drehbewegung des Siebbodens 12 in der bereits beschriebenen Weise durch den Durchgang zwischen Trennwand 20 und Oberseite des Siebbodens 12 in die dritte Kammer 26, durch die ebenfalls ein gasförmiges Medium von unten nach nben hindurrhgeführt wird das oberhalb des Siebbodens 12 ein Wirbelbett aufbaut. Die Funktion dieses Mediums hängt von den jeweiligen Umständen ab. So wird es dann, wenn die Desorption unter erhöhten Temperaturen stattfindet, im wesentlichen dazu dienen, die Feststoffpartikel auf die für den Adsorptionsvorgang optimale Temperatur herunterzukühlen, bevor die Teilchen durch den Durchgang zwischen der Oberseite des Siebbodens 12 und der unteren Kante des zwischen den Kammern 26 und 22 befindlichen Abschnittes der Trennwand 18 in den durch die Kammer 22 gebildeten Adsorptionsbereich gelangen.

Die Geschwindigkeit, mit welcher das Bett in Richtung des Pfeiles 28 rotiert, ergibt sich aus den jeweils so erforderlichen Adsorptions- und Desorptionsleistungen. Durch Einstellung der Drehgeschwindigkeit des Siebbodens 12 kann diese Leistung innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden. Zwar ist jedenfalls dann, wenn in sämtlichen Bereichen bzw. Kammern 22, 24 and 26 das jeweilige Medium von unten nach oben unter Bildung eines Wirbelbettes strömt, davon auszugehen, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Bettes nicht übereinstimmt mit der des Siebbodens IZ Dies ändert jedoch nichts an der Tatsache, daß durch Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit des Siebbodens 12 auch die des Bettes verändert werden kann.

Im übrigen besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, einen Teil der oder alle Medienströme von oben nach unten durch die jeweilige Kammer hindurchzuführen mit dem Ergebnis, daß sich in diesen Kammern ein lose geschüttetes Bett auf dem Siebboden 12 auflagert. Die Rotationsgeschwindigkeit eines solchen Bettes wür-

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35 de weitgehend mit der des Siebbodens 12 übereinstimmen. Bei Führung des Mediums von oben nach unten in wenigstens einer der Kammern, vorzugsweise der Kammer 26, da es, wenn das Medium in dieser Kammer lediglich Kühlfunktionen hat, nicht unbedingt notwendig sein wird, ein Wirbelbett aufzubauen, könnte eine Annäherung der Rotationsgeschwindigkeit auch der Wirbelbettbereiche in den Kammern 22 und 24 an die Rotationsgeschwindigkeit des Siebbodens 12 erreicht werden, da der synchrone Transport im Bereich der Kammer 26 zwangsläufig zur Folge hat, daß auch aufgrund der Tendenz zur gleichmäßigen Verteilung die Partikel in den Kammern 22 und 24 schneller durch diese Kammern in Rotationsrichtung hindurchbewegt werden.

Wenngleich es unvermeidbar sein wird, daß an den Grenzen zwischen den einzelnen Kammern ein Teil des Mediums aus der einen in die andere Kammer übertritt, ist dies für die Funktion der Vorrichtung unbcachiiicn, da es sich hierbei nur um kleine Mengen handelt, die die Wirkungsweise der Vorrichtung nicht beeinträchtigen. Hinzu kommt, daß die Durchgänge 52 durch die sich auf dem Boden entlang ihrem Längsverlauf bildenden Tcilchenansammlungen ohnehin teilweise verschlossen werden. Im übrigen kann ein Übertritt des einen Mediums in den Bereich des anderen Mediums ohnehin durch Einstellung entsprechender Druckverhältnisse innerhalb des Gehäuses 10 und der einzelnen Kammern auf ein Minimum verringert werden.

Die Abdichtung der Wandungen des Gehäuses 10 gegenüber dem Ring 42 eifolgt über Labyrinthdichtungen 54 und 56, die zugleich eine Drehbewegung des Ringes 42 gegenüber dem Gehäuse ermöglichen.

Der Siebboden 12 ist an seinem Umfang mit einem nach oben flanschartig vorstehenden Ring 58 versehen, der das auf dem Boden 12 befindliche Bett aus adsorbierenden Partikeln begrenzt.

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65 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen aus Gasen oder Gasgemischen durch ,-.dsorption und Desorption unter Verwendung von adsorbierenden Substanzen in Form eines Bettes aus losen Partikeln, durch das wechselweise zu reinigende Medien und desorbierende Medien hindurchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das unterseitig durch einen für gasförmige Medien durchlässigen Boden begrenzte Bett innerhalb eines Gehäuses auf einer geschlossenen Bahn durch wenigstens zwei in Bewegungsrichtung hintereinander liegende Bereiche hindurchgeführt wird und im ersten Bereich die das Bett bildenden Teilchen aus dem zu reinigenden Medium Stoffe adsorbieren und gleichzeitig im zweiten Bereich adsorbierte Stoffe durch ein anderes Medium desorbiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fjas Bett nach Verlassen des Desorptionsbereiches und vor Wiedereintritt in den Adsorptionsbereich durch einen weiteren Bereich hindurchgeführt wird, in welchem die Partikel aktiviert und/oder gekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einem der Bereiche das diesen durchströmende Medium von oben nach unten durch das Bett geführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit welcher das Bett durch die einzelnen Bereiche geführt win.¹/, in Abhängigkeit von der Menge des zu adsorbierenden Stoffes gesteuert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Gehäuses (10) ein für gasförmige Medien durchlässiger, entlang einer endlosen Bahn umlaufender Boden (12) angeordnet ist, oberhalb dessen sich ein Bett aus losem Material mit Adsorptionseigenschaften befindet, und das Gehäuse (10) sowie das Bett durch wenigstens eine oberhalb und unterhalb des Bodens (12) verlaufende Trennwand (18, 20) in wenigstens zwei Bereiche (22, 24, 26) unterteilt sind und die Trennwand bzw. die Trennwände (18, 20, 22) unter Belassung eines Durchganges (52) für die das Bett bildenden Partikel in einem kurzen, vorzugsweise einstellbaren Abstand oberhalb des Bodens (12) enden und das Gehäuse (10) oberhalb und unterhalb des Bodens (12) mit Leitungen (30—40) für das Zuleiten und Ableiten von gasförmigen Medien verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bereiche (22,24,26) begrenzenden Trennwände (18, 20) durch die vertikale Drehachse des Bodens (12) hindurchgehen.