DE19518448B4

DE19518448B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines Fluids

Info

Publication number: DE19518448B4
Application number: DE19518448A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Dr. Brüggendick
Original assignee: Evonik Energy Services GmbH
Current assignee: Steag Energy Services GmbH
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2015-05-20
Also published as: DE19518448A1

Abstract

Verfahren zum Reinigen eines Fluids, insbesondere eines Gases, wobei
– körniges oder stückiges Adsorptionsmittel aus einem oder je einem oben liegenden Aufgabebehälter über Verteiltrichter auf zwei parallele, vertikale Betten aufgegeben und unten über Austragstrichter in einen oder je einen Austragsbehälter abgeführt wird und
– das Fluid oberhalb des oder der Austragsbehälter(s) in den gemeinsamen Bereich der Austragstrichter eingeleitet, nach Umspülen der Austragstrichter zwischen den Betten nach oben geführt, beidseitig durch die Betten hindurchgeführt und sodann nach Umspülen der Verteiltrichter und des oder der Aufgabebehälter(s) als gereinigtes Fluid abgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen eines Fluids, insbesondere eines Gases, wobei körniges oder stückiges Adsorptionsmittel aus einem oder je einem oben liegenden Aufgabebehälter über Verteiltrichter auf zwei parallele, vertikale Betten aufgegeben und unten über Austragstrichter in einen oder je einen Austragsbehälter abgeführt wird.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus der Praxis bekannt. Das Bett aus Adsorptionsmittel kann als Wanderbett oder als chargenweise ausgetauschtes Festbett arbeiten. Im Falle von Rauchgas ist das Adsorptionsmittel kohlenstoffhaltig. Dabei handelt es sich vorzugsweise um relativ kostengünstigen Herdofenkoks. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch auch auf die Reinigung von Flüssigkeiten anwendbar.
Das Bett aus Adsorptionsmittel wird in Querrichtung durchströmt. Dabei übernimmt das heiße Fluid die thermische Steuerung des Prozesses. Es heizt also das Adsorptionsmittel auf, wobei dies vorwiegend im mittleren Bereich des Bettes stattfindet.
Eine Vorrichtung, bei welcher ein Fluid quer durch mindestens ein vertikales Bett aus körnigem oder stückigem Adsorptionsmittel geleitet wird und bei welcher Adsorptionsmittel aus einem oben liegenden Aufgabebehälter über Verteiltrichter auf das Bett aufgegeben und unten über Austragstrichter in einen Austragsbehälter abgeführt wird, ist aus der DE 40 32 738 C1 bekannt. Ein Problem bei dieser Vorrichtung ist, dass hohe Kapazitätsschwankungen nicht bewältigt werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die verfahrens- und vorrichtungstechnische Kapazität zu erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe zunächst von einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine modulare Bau- und Verfahrenstechnik anzuwenden, um so die Kapazität je nach Bedarf zu erhöhen.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass sich das Aufheizen des Adsorptionsmittels nicht auf den mittleren Bereich der parallelen Betten beschränkt, sondern auch die oberen und unteren Bereiche wirkungsvoll erfasst.
Das eintretende Fluid trifft zuerst auf die Austragstrichter. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, da es hier sonst durch die Abkühlung zu Kondensationserscheinungen kommt, die im Extremfalle zu einem Verbacken des Adsorptionsmittels führen können.
Das Fluid wird nach Umspülen des Bereichs der Austragstrichter der zwei paralleler Betten aus Adsorptionsmittel zwischen den Betten nach oben geführt, beidseitig durch die Betten hindurchgeführt und aus einem gemeinsamen Raum abgeführt, der die Verteiltrichter und Aufgabebehälter beider Betten umgibt.
Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
einem Gehäuse,
mindestens einem Modul, bestehend aus zwei seitlich benachbarten, von parallelen vertikalen Jalousiewänden begrenzten Reaktionsräumen für körniges oder stückiges Adsorptionsmittel,
einem oder je einem oberhalb der beiden Reaktionsräume angeordneten Aufgabebehälter für das Adsorptionsmittel,
je einem von einer Mehrzahl von Verteiltrichtern gebildeten Verteilboden zwischen dem oder den Aufgabebehälter(n) und den Reaktionsräumen,
einem oder je einem unterhalb der Reaktionsräume angeordneten Austragsbehälter für das Adsorptionsmittel,
je einem von einer Mehrzahl von Austragstrichtern gebildeten Austragsboden zwischen den Reaktionsräumen und dem oder den Austragsbehälter(n),
einem im Bereich der Austragstrichter in das Gehäuse hineinführenden Fluideinlass und
einem im Bereich des oder der Aufgabebehälter(s) aus dem Gehäuse herausführenden Fluidauslass,
wobei auf der Höhe der Austragsböden zwischen jedem der Reaktionsräume und dem Gehäuse bzw. einem benachbarten Reaktionsraum eine untere Trennwand angeordnet ist,
im Bereich der Verteilerböden zwischen den beiden Reaktionsräumen eine obere Trennwand angeordnet ist und
der oder die Aufgabebehälter innerhalb des Gehäuses angeordnet ist/sind, wobei mindestens ein Zuführrohr für das Adsorptionsmittel aus dem Gehäuse herausführt.
Das Gehäuse enthält mindestens ein aus zwei seitlich benachbarten Reaktionsräumen bestehendes Modul. Die Reaktionsräume liegen also parallel zueinander nebeneinander, wobei sich unterhalb der Austragsböden und oberhalb der Verteilerböden je ein gemeinsamer Raum befindet. Jeweils zwischen zwei benachbarten Reaktionsräumen wird das Fluid von unten nach oben geführt, um nach Durchströmen der Reaktionsräume in den gemeinsamen oberen, die Aufgabebehälter enthaltenden Raum zu gelangen. Dies geschieht, sofern mehrere Module vorhanden sind, in den Räumen zwischen den Modulen und dem Gehäuse sowie in den Räumen zwischen benachbarten Modulen. Der gemeinsame Raum unterhalb der Austragsböden wird durch einen gemeinsamen Fluideinlass beschickt, der sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Reaktionsräume erstreckt. Gleiche Verhältnisse sind vorzugsweise für den Fluidauslass auf der Höhe der Aufgabebehälter gegeben.
Die Aufheizung unterhalb der Reaktionsräume ist umso intensiver, je größer die Anzahl der Austragstrichter ist. In der Regel verwendet man eine matrixartige Anordnung der Austragstrichter. Gleiche Verhältnisse liegen oberhalb der Reaktionsräume im Zusammenhang mit den Verteiltrichtern vor. Hinzu kommt, dass der gesamte Aufgabebehälter umströmt wird. Auch dessen Oberseite steht also für einen Wärmeübergang zur Verfügung. Gleiches gilt für die Zuführrohre, die die Beschickung des Aufgabebehälters von oben her ermöglichen. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass jedem Modul ein gemeinsamer Aufgabebehälter und/oder ein gemeinsamer Austragsbehälter zugeordnet ist (sind).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die obere Trennwand zwischen benachbarten Reaktionsräumen von einer Verbindungswand zwischen den benachbarten Aufgabebehältern für das Adsorptionsmittel bzw. von dem gemeinsamen Aufgabebehälter gebildet wird und dass unterhalb der Trennwand je eine Sperrwand vom Aufgabebehälter zur zugehörigen Jalousiewand führt. Die Sperrwand befindet sich also auf der Eintrittsseite des Reaktionsraums und verhindert eine Kurzschlussströmung im Bereich der Verteiltrichter.
Bei nur einem Reaktionsraum wird derselbe Vorteil dadurch erzielt, dass die obere Trennwand zwischen dem Reaktionsraum und dem Gehäuse unterhalb der Verteiltrichter angeordnet ist und dass eine Sperrwand vom Aufgabebehälter zur oberen Trennwand führt.
Vorzugsweise liegen die in Durchströmrichtung des Reaktionsraums hintereinander angeordneten Verteiltrichter mit ihren Auslässen im Wesentlichen auf einem Kreisbogen, dessen Radius der in Durchströmrichtung gemessenen Breite des Reaktionsraums entspricht und dessen Mittelpunkt auf der Unterkante der zugehörigen Sperrwand liegt. Auf diese Weise erzielt man im kopfseitigen Bereich Strömungsverhältnisse, die in etwa den Strömungsverhältnissen im übrigen Reaktionsraum entsprechen. Das Adsorptionsmittel bildet eine Oberfläche, die im Wesentlichen dem Kreisbogen folgt. Das an der Unterkante der Sperrwand eintretende Fluid hat also unabhängig von seiner Strömungsrichtung bis zur Oberfläche des Adsorptionsmittels einen Weg zurückzulegen, dessen Länge in etwa der in Durchströmrichtung gemessenen Breite des Reaktionsraums entspricht.
Der Reaktionsraum ist vorteilhafterweise durch Jalousiewände in mindestens drei quer zur Durchströmrichtung verlaufende Schichten unterteilt. Im Falle eines Wanderbettreaktors kann das Adsorptionsmittel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die verschiedenen Schichten geführt werden. Auch können die Schichten mit unterschiedlichen Adsorptionsmitteln beaufschlagt werden.
Vorzugsweise sind die abströmseitige Jalousiewand und die inneren Jalousiewände zuströmseitig je mit einem Spaltsieb versehen, dessen Spalte vertikal verlaufen. Die Stäbe des Spaltsiebs halten das Adsorptionsmittel zuverlässig zurück, ohne dessen Bewegung zu behindern und ohne die Strömung des Fluids wesentlich zu stören.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mehrzahl von Reaktionsräumen quer zur Durchströmrichtung aneinander anschließen und mit gemeinsamen Aufgabebehältern und/oder Austragsbehältern versehen sind. Dies gestattet einen modulartigen Aufbau in Längsrichtung der Reaktionsräume. Die Vorrichtung lässt sich also in zwei zueinander senkrechten Richtungen modulartig erweitern, d. h. blockförmig gestalten. Die Fluidein- und -auslässe werden kanalförmig entsprechend verlängert. Außerdem ist es dabei besonders vorteilhaft, zwischen den Austragstrichtern und dem langgestreckten Austragsbehälter eine für die aneinander anschließenden Reaktionsräume gemeinsame Austragsvorrichtung mit mindestens einem quer zur Durchströmrichtung bewegbaren Austragsrechen anzuordnen. Dieser erstreckt sich also über die gesamte Länge des Austragsbehälters und kann von einem einzigen Antrieb hin und her bewegt werden.
Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch Kombinationen und Unterkombinationen der erfindungsgemäßen Merkmale, die von den Patentansprüchen abweichen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, wobei die 1 und 2 lediglich zur besseren Darstellung einiger Details dargestellt sind. Die Zeichnung zeigt in:
1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung ohne modulare Bauweise;
2 ein Detail der Vorrichtung nach 1;
3 in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung, die kein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist, weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Reaktionsraum 2 für Adsorptionsmittel, im vorliegenden Fall Aktivkoks, enthält. Der Reaktionsraum 2 wird von Jalousiewänden 3 begrenzt. Oberhalt des Reaktionsraums 2 befindet sich ein Aufgabebehälter 4, aus dem das Reaktionsmittel über eine Mehrzahl von Verteiltrichtern 5 in den Reaktionsraum gelangt. Unterhalb des Reaktionsraums ist ein Austragsbehälter 6 vorgesehen, der das verbrauchte Adsorptionsmittel aufnimmt. Letzteres wandert dabei durch eine Mehrzahl von Austragstrichtern 7.
Das zu reinigende Gas tritt durch einen Einlass 8 linksseitig in das Gehäuse ein. Eine untere Trennwand 9 hindert das Gas daran, direkt am Gehäuse entlang nach oben zu wandern. Es wird vielmehr gezwungen, die Austragstrichter 7 zu umströmen und diese aufzuheizen, so dass dort keine Kondensationserscheinungen auftreten können. Das Gas wird dann rechts vom Reaktionsraum 2 nach oben umgelenkt und durchströmt den Reaktionsraum von rechts nach links. Der rechtsseitige Raum wird durch eine obere Trennwand 10 nach oben hin abgeschlossen. Bevor das Gas durch einen Auslass 11 austreten kann, wird es gezwungen, den Aufgabebehälter 4 und die Verteiltrichter 5 zu umströmen, und zwar derart, dass auch die Oberseite des Aufgabebehälters für einen Wärmeübergang zur Verfügung steht. Das Adsorptionsmittel wird also vorgeheizt und tritt bereits in aktivem Zustand in den Reaktionsraum 2 ein. Der Aufgabebehälter 4 wird über ein Zuführrohr 12 mit Adsorptionsmittel beschickt. Auch der im Gehäuse 1 befindliche Abschnitt des Zuführrohrs 12 wird beheizt. Der Reaktionsraum 2 enthält zwei schematisch angedeutete Jalousiewände 13 und wird von diesen in insgesamt drei Schichten unterteilt. Die Schichten gestatten eine unterschiedliche Führung des Adsorptionsmittels bzw. die Beaufschlagung mit unterschiedlichem Adsorptionsmittel.
Wie aus 1 ersichtlich, schließen zwei Reaktionsräume quer zur Durchströmrichtung aneinander an. Dies ist durch eine schematisch angedeutete Zwischenwand 14 dargestellt. Für beide Reaktionsräume sind der Aufgabebehälter 4 und der Austragsbehälter 6 gemeinsam. Ferner erstreckt sich über die gesamte Länge des Austragsbehälters 6 ein durchgehender Austragsrechen 15, der von einem einzigen Antrieb betätigt wird.
Vom Aufgabebehälter 4 bis zur oberen Trennwand 10 erstreckt sich eine Sperrwand 16, deren Unterkante den Mittelpunkt eines Kreisbogens 17 (2) definiert, wobei der Radius dieses Kreisbogens der in Durchströmrichtung gemessenen Breite des Reaktionsraums 2 entspricht. Die Verteiltrichter 5 liegen mit ihren Auslässen in etwa auf diesem Kreisbogen, um die Oberfläche des Adsorptionsmittels ebenfalls in etwa diesem Kreisbogen anzunähern. Das die Unterkante der Sperrwand 16 umströmende Gas hat also bis zur Oberfläche des Adsorptionsmittels im Wesentlichen dieselbe Strecke zurückzulegen wie das quer durch den Reaktionsraum 2 strömende Gas.
Zum besseren Verständnis sind in 3 gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Gegensatz zu der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung ist in 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt.
Die in Figur veranschaulichte erfindungsgemäße Modulbauweise in der einen Richtung wurde bereits anhand von 1 erläutert. Nach 3 sind in dieser Richtung insgesamt vier Elemente hintereinander gesetzt, siehe die drei angedeuteten Zwischenwände 14. Ferner zeigt 3, dass jeweils zwei seitlich benachbarte Reaktionsräume 2 zu einem Modul 18 zusammengefasst sind und dass die Vorrichtung zwei dieser Module enthält. Der Einlass 8 versorgt einen gemeinsamen Raum, der sich zwischen den von den Austragstrichtern 9 gebildeten Austragsböden und den Austragsbehältern 6 befindet. Die unteren Trennwände 9 zwingen das Gas in den Raum zwischen jeweils benachbarten Reaktionsräumen. Die oberen Trennwände 10 werden hier von den Aufgabebehältern 4 gebildet, wobei jeder Modul 18 einen einzigen Aufgabebehälter für seine beiden Reaktionsräume 2 aufweist. Nach Durchströmen der Reaktionsräume 2 gelangt das Gas zum einen in die seitlichen Räume zwischen den Modulen 18 und dem Gehäuse 1 und zum anderen in den mittleren Raum zwischen den beiden Modulen. Die beiden Aufgabebehälter 4 liegen wiederum in einem gemeinsamen Raum, der seitlich an den kanalförmigen Auslass 11 anschließt. Jeder Modul verfügt über einen einzigen Austragstrichter 6. Die erfindungsgemäße Modulbauwei se gestattet es, bei beliebiger Erweiterung die blockförmige Bauweise der Vorrichtung beizubehalten.
Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann abweichend von 3 mit einem einzigen Modul gearbeitet werden. Auch besteht die Möglichkeit, anstelle des Autragsrechens 15 eine anders geartete Austragsvorrichtung einzusetzen. Die in 3 gezeigten kanalförmigen Ein- und Auslässe 8 und 11 können ersetzt werden durch Einzelrohre, die zu einem gemeinsamen Sammler führen. Ferner besteht die Möglichkeit, in 1 den Einlass 8 ebenfalls stirnseitig bzw. den Auslass 11 ebenfalls seitlich anzuordnen. Gleichermaßen können die Ein- und Auslässe 8 und 11 nach 3 stirnseitig liegen.
Die Jalousiewände 13, die hier nur schematisch angedeutet sind, bestehen aus einer Jalousien und tragen auf ihrer Anströmseite ein Spaltsieb, dessen Spaltstäbe vertikal verlaufen. Ein derartiges Spaltsieb ist auch an der Anströmseite der abströmseitigen Jalousiewand 3 angeordnet.
Die Jalousiewände 13 können auch durch einfache Lochbleche ersetzt werden.
Die Zwischenwände 14 können Trennwände oder Lochbleche sein. Sie können auch ganz entfallen.

Claims

Verfahren zum Reinigen eines Fluids, insbesondere eines Gases, wobei – körniges oder stückiges Adsorptionsmittel aus einem oder je einem oben liegenden Aufgabebehälter über Verteiltrichter auf zwei parallele, vertikale Betten aufgegeben und unten über Austragstrichter in einen oder je einen Austragsbehälter abgeführt wird und – das Fluid oberhalb des oder der Austragsbehälter(s) in den gemeinsamen Bereich der Austragstrichter eingeleitet, nach Umspülen der Austragstrichter zwischen den Betten nach oben geführt, beidseitig durch die Betten hindurchgeführt und sodann nach Umspülen der Verteiltrichter und des oder der Aufgabebehälter(s) als gereinigtes Fluid abgeführt wird.
Vorrichtung zum Reinigen eines Fluids, insbesondere eines Gases, mit – einem Gehäuse (1), – mindestens einem Modul (18), bestehend aus zwei seitlich benachbarten, von parallelen vertikalen Jalousiewänden (3) begrenzten Reaktionsräumen (2) für körniges oder stückiges Adsorptionsmittel, – einem oder je einem oberhalb der beiden Reaktionsräume (2) angeordneten Aufgabebehälter (4) für das Adsorptionsmittel, – je einem von einer Mehrzahl von Verteiltrichtern (5) gebildeten Verteilboden zwischen dem oder den Aufgabebehälter(n) (4) und den Reaktionsräumen (2), – einem oder je einem unterhalb der Reaktionsräume (2) angeordneten Austragsbehälter (6) für das Adsorptionsmittel, – je einem von einer Mehrzahl von Austragstrichtern (7) gebildeten Austragsboden zwischen den Reaktionsräumen (2) und dem oder den Austragsbehälter(n) (6), – einem im Bereich der Austragstrichter (7) in das Gehäuse (1) hineinführenden Fluideinlass (8) und – einem im Bereich des oder der Aufgabebehälter(s) (4) aus dem Gehäuse (1) herausführenden Fluidauslass (11), wobei – auf der Höhe der Austragsböden zwischen jedem der Reaktionsräume (2) und dem Gehäuse (1) bzw. einem benachbarten Reaktionsraum (2) eine untere Trennwand (9) angeordnet ist, – im Bereich der Verteilerböden zwischen den beiden Reaktionsräumen eine obere Trennwand (10) angeordnet ist und – der oder die Aufgabebehälter (4) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist/sind, wobei mindestens ein Zuführrohr (12) für das Adsorptionsmittel aus dem Gehäuse (1) herausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Modul (18) ein gemeinsamer Aufgabebehälter (4) und/oder ein gemeinsamer Austragsbehälter (6) zugeordnet ist (sind).
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Trennwand (10) zwischen benachbarten Reaktionsräumen (2) von einer Verbindungswand zwischen den benachbarten Aufgabebehältern (4) für das Adsorptionsmittel bzw. von dem gemeinsamen Aufgabebehälter (4) gebildet wird und dass unterhalb der Trennwand (10) je eine Sperrwand (16) vom Aufgabebehälter (4) zur zugehörigen Jalousiewand (3) führt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Trennwand (10) zwischen dem Reaktionsraum (2) und dem Gehäuse (1) unterhalb der Verteiltrichter (5) angeordnet ist und dass eine Sperrwand (16) vom Aufgabebehälter (4) zur oberen Trennwand (10) führt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in Durchströmrichtung des Reaktionsraums (2) hintereinander angeordneten Verteiltrichter (5) mit ihren Auslässen im wesentlichen auf einem Kreisbogen liegen, dessen Radius der in Durchströmrichtung gemessenen Breite des Reaktionsraums (2) entspricht und dessen Mittelpunkt auf der Unterkante der zugehörigen Sperrwand (16) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (2) durch Jalousiewände (13) in mindestens drei quer zur Durchströmrichtung verlaufende Schichten geteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die abströmseitige Jalousiewand (3) und die inneren Jalousiewände (13) zuströmseitig je mit einem Spaltsieb versehen sind, dessen Spalte vertikal verlaufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Reaktionsräumen (2) quer zur Durchströmrichtung aneinander anschließen und mit gemeinsamen Aufgabebehältern (4) und/oder Austragsbehältern (6) versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Austragstrichtern (7) und dem langgestreckten Austragsbehälter (6) eine für die aneinander anschließenden Reaktionsräume (2) gemeinsame Austragsvorrichtung mit mindestens einem quer zur Durchströmrichtung bewegbaren Austragsrechen (15) angeordnet ist.