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Anlage zur Desorption beladener Adsorbentien Zur Desorption von Adsorptionsbetten,
an welche - z.B, in Anlagen zur Reinhaltung der Luft - organische oder anorganische
Dämpfe gebunden wurden, werden Wasserdampf oder heiße Luft verwendet. Es ist auch
vorgeschlagen worden, anstelle der Luft heißes Inertgas für die Desorption zu verwenden.
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Der Nachteil dieser Verfahren liegt darin, daß für den Dampf oft erst
aufwendige Erzeugungsanlagen zu erstellen sind. Der Erwärmung der Luft sind durch
die Neigung der Aktivkohle zum Brennen Grenzen gesetzt, Verwendet man Inertgas,
um diese Gefahr zu vermeiden, so muß - ebenso wie bei Wasserdampf - bei der nachfolgenden
Verbrennung, bei der die Desorbate thermisch abgebaut oder durch Verbrennung zerstört
werden sollen, ein großer Ballast an inerten Gasen wie N2, C02 oder H20 auf die
Temperaturen gebracht werden, die zur einfachen oder katalytischen Verbrennung nötig
sind. Dafür ist infolge des Ballastes an Gasen, die an dieser Umsetzung nicht teilnehmen,
eine große Wdrme- oder Brennstoffmenge erforderlich. Außerdem ist hinter dem desorbierenden
Behälter die Zufuhr von Wdrme oder ein besonderer Brenner erforderlich.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung vermieden, eine recht einfache
Anlage geschaffen und eine besonders wirtschaftliche Desorption ermöglicht, wenn
zum Abtreiben der beladenen Aktivkohle ein heißes Brenngas, z.B. Methan, oder ein
sauerstofffreies Gasgemisch verwendet wird, das brennbare Bestandteile, insbesondere
Kohlenoxyd und/oder Wasserstoff enthält. Die Erfindung sieht vorzugsweise die Verwendung
von Abgasen einer unterstöchiometrischen Verbrennung vor, die - zweckmäßig auf 500
- 600 ° C gekühlt - die Desorption herbeiführen, sich dabei beladen und mit Desorbat
gemischt infolge der gemäß der Erfindung vorhandenen brennbaren Gasanteile und mit
dem brennbaren Desorbat dem folgenden Verbrennungsvorgang (Sekundärverbrennung)
die nötige Wärme ganz oder zu einem wesentlichen Teil zufuhren, so daß die Verbrennung
ohne oder mit nur geringer Zufuhr
von Brennstoff hinter dem Adsorptionsbett
erfolgen kann. Die Verbrennung kann dabei in einer gewöhnlichen Brennkammer erfolgen
oder an einem Katalysator, wobei die Verbrennungsluft z.B. durch Wärme aus einer
der beiden Verbrennungen vorgewärmt sein kann, Im Gegensatz zu fast allen Desorbaten,
die ebenso wie die Kohlenwasserstoffe eine Temperatur des Katalysatorbettes von
350 - 400 ° C erfordern, erfolgt die Umsetzung der gemäß der Erfindung besonders
geeigneten Bestandteile - Kohlenoxyd und Wasserstoff - des zur Desorption verwendeten
Gasgemisches am Katalysator schon bei ca. 150 ° C, so daß die Abgase einer unterstöchiometrischen
Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, die CO und H2 enthalten, die Nachverbrennung
an dem Katalysator einleiten und auch ohne Zufuhr weiteren Brennstoffs unterhalten
können. In vielen Fällen ist daher,gemaß der Erfindung'ein Brenner (hinter dem Adsorber)
zum Einleiten der katalytischen Verbrennung entbehrlich.
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Gemäß der Erfindung werden die Abgase der unterstöchiometrischen Verbrennung
von ihrer Verbrennungstemperatur auf unter 600 ° C abgekühlt, ehe sie in den zu
desorbierenden Behälter eintreten. Die überschüssige Wärme kann sowohl zur Vorwärmung
von Verbrennungsluft fUr die primäre Verbrennung als auch für die sekundäre hinter
dem Adsorber dienen, Diese Erwärmung erleichtert den Betrieb insbesondere bei der
katalytischen Verbrennung und kann wesentlich dazu beitragen, den Katalysator zum
Ansprechen zu bringen.
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Es wird hier auch vorgeschlagen, die Abkühlung der Abgase aus der
Primärverbrennung durch Eindüsen von Wasser vorzunehmen. Dies gibt nicht nur eine
einfache Anlage, der entstehende Wasserdampf trägt, insbesondere bei Verwendung
von Aktivkohle, ganz wesentlich zur schnellen Desorption bei, Um die gesamte,entstehende
Dampfmenge nicht als Ballast durch die Sekundarverbrennung mitzuschleppen, kann
ein Teil des entstandenen Wcisserdampfes in einem Kreislauf um die desorbierende
Masse auskondensiert werden. Ein Geblase oder injektor
bewirkt
den über einen Kühler geleiteten Kreislauf. Diese Umlaufkuhlung wirkt sich auch
sehr vorteilhaft dann aus, wenn das Adsorbat aus der Masse abgetrieben ist und diese
zur neuen Beladung auf die niedrigere Adsorptionstemperatur gebracht werden soll.
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Gemäß der Erfindung kann die Abkühlung des Adsorberbettes durch Abgase
des gleichen Brenners erfolgen, in dessen Abgase nun aber mehr Wasser eingedüst
wird oder Wärme in einem besonderen Kühler durch Wasser entzogen wird. Im ersten
Fall werden etwa 1,5 kg Wasser je 1000 kcal der dem Brenner zugeführten Warmemenge
in das heiße Abgas eingedust, und die Aktivkohle mittels der auf Temperaturen um
120 ° C gebrachten Abgase gekühlt.
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Der unterstöchiometrische Betrieb des Brenners ist wahrend dieser
Betriebsphase nicht unbedingt erforderlich, er hat aber den Vorteil, daß bei gleicher
Brennereinstellung weitergearbeitet werden kann. Dann ist zur Anpassung an die Erfordernisse
an Desorption oder Kühlbetrieb lediglich eine Änderung der eingedüsten Wassermenge
erforderlich, Ferner ist die im Brenner frei werdende Wrmemenge, die zum großen
Teil abgeführt werden muß, von vornherein kleiner'und vor allem wird der sekundären
Verbrennung auch in dieser Betriebsperiode Warme zugeführt, so daß die Brennkammer
oder der Katalysator für die folgende Phase sofort betriebsbereit ist.
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Das vorgeschlagene Verfahren ist in seiner Anwendung nicht auf die
Reaktivierung von Aktivkohlebetten beschränkt, es hat auch Vorteile bei der Desorption
von anderen Adsorbentien wie Molekularsieben und Silicagel.
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Die sekundäre Verbrennung kann in einer dem Adsorber nachgeschalteten
Brennkammer bei Temperaturen über etwa 900 ° C erfolgen oder an einem Katalysator
bei etwa 300 - 400 ° C. In beiden Fallen stellen Dampf oder Inertgas einen Ballast
dar, der auf die Verbrennungstemperatur erwärmt werden muß. Ein Brenner oder Zufuhr
von Warme ist bei Desorption mittels Dampf oder Luft fast immer erforderlich, um
den Verbrennungsraum auf die Reaktionstemperatur zu bringen.
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Wenn, gemäß der Erfindung, die Desorption dagegen mittels eines Brenngases
erfolgt oder mittels eines sauerstoffarmen Gases mit brennbaren Bestandteilen, so
ist eine weitere Brennstoffzugabe hinter der Aktivkohle in der Regel nicht mehr
nötig.
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Wird CO oder H2 - haltiges Gas gemäß der Erfindung verwendet, so ergeben
sich bei der katalytischen Verbrennung besondere Vorteile, weil diese beiden Gase
im Katalysator bereits bei Temperaturen um 150 - 200 ° C reagieren und die Katalysa--tormasse
schnell auf die zur Verbrennung der Desorbate erforderliche Temperatur bringen.
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Eine<Verbrennung bei Luftzahlen von ?> = 0,65 - 0,75 wird genügend
Kohlenoxyd und Wasserstoff erzeugt, um die Sekundarverbrennung zu unterhalten, insbesondere,
wenn die Verbrennungsluft vorgewärmt ist. Bei h = 0,7 stehen z.B.
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etwa 40 % der im Brennstoff zugeführten Warme im Heizwert von CO und
H2 für die Sekundärverbrennung zur Verfügung.
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An einem Zahlenbeispiel seien die Vorteile erläutert: Verbrennt man
1 kg Öl in der Primärflamme des Brenners unter Luftmangel bei B = 0,7, so sind in
der fühlbaren Wärme de, r Abgase 57 % des Heizwertes enthalten. Durch Eindüsen von
ca. 4,5 kg Wasser je kg Heizöl können die Abgase auf ca. 600 ° C abgekühlt werden
und die Aktivkohle desorbieren. Das Abgas - Wasser -Dampfgemisch zusammen mit den
desorbierten Dämpfen wird dann mit den zur vollständigen Verbrennung der brennbaren
Bestandteile in der Sekundärverbrennung mit 30 % der theoretischen Luftmenge oder
mehr gemischt. Die Temperatur des Gemisches erhöht sich im Katalysatorbett dann
infolge der Verbrennung der CO und H2, die bei der unterstöchiometrischen Verbrennung
entstehen undca. 40 % des Heizwertes des Öls enthalten, um ca. 500 o C. Dies reicht
für eine vollstandige Verbrennung am Katalysator reichlich aus. Zur weiteren Abkühlung
der Abgase für den Kühlbetrieb des Bettes sind je kg Heizöl ca. 8 kg Wasser einzudüsen,
Eine unerwunschte Temperatursteigerung kann durch Zugabe von Überschußluft beherrscht
werden.
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Erfolgt die Verbrennung in einer einfachen Brennkammer, so empfiehlt
sich die Vorwarmung der Verbrennungsluft, um sicher die notwendige (höhere) Verbrennungstemperatur
zu erreichen. In diesem Falle kann es auch vorteilhaft sein, die Abkühlung
der
Abgase der Primärverbrennung nicht oder nicht allein durch Eindüsen von Wasser vorzunehmen,
sondern die Abgase, z,B. durch Luft (Verbrennungsluft), auf ca. 600 ° C herunterzukühlen.
Dann beträgt die Temperaturerhöhung ca. 900 ° C. Eine Abkühlung der Abgase der unterstöchiometrischen
(Primär-) Verbrennung, zunächst durch Aufwärmung der Verbrennungsluft und nachfolgendes
Eindüsen von Wasser, ist besonders vorteilhaft, weil der Wasserballast dadurch verringert
wird.
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Es kann auch das Abgas der unterstöchiometrischen Verbrennung erst
durch Wasser gekühlt werden und dies gekühlte Abgas, z. B. durch Wärmetausch mit
den heißen Abgasen, auf die zur Desorption des Bettes nötige Temperatur gebracht
werden.
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Die Erfindung ist in den Figuren 1 - 3 weiter erläutert. Diese zeigen
in schematischer Darstellung drei Ausführungsformen der Neuerung. In diesen Abbildungen
stellt . 1 einen der meist paarweise angeordneten Behälter dar, die mit einem Adsorptionsmittel
gefüllt sind und wechselweise mit den Dämpfen beladen und regeneriert werden. Während
des Adsorptionsvorganges tritt die beladene Luft in den Adsorber bei 2 ein und gibt
die Dämpfe an das Adsorptionsmittel ab und tritt gereinigt bei 3 aus. Während des
Desorptionsvorganges wird der Behälter von beiden Leitungen abgeschlossen und die
Adsorption erfolgt in einem zweiten Behälter während der erste regeneriert wird.
Zur Regenerierung des Adsorptionsmittels, z.B. von Aktivkohle, in Behälter 1, wird
bei 4 ein heißer Gasstrom in die Aktivkohle eingeleitet, der die Dämpfe aufnimmt
und mit ihnen beladen bei 5 in einen Brenner 6 austritt. Die heißen Gase entstammen
in den dargestellten Fällen einer unterstöchiometrischen Verbrennung, die in einem
Brenner 9 und einer anschließenden Brennkammer 10 durchgeführt wird. Der Brenner
wird von einem Gebläse 8 mit Brennluft versorgt. In Fig. 1 wird diese Luft durch
die heißen Abgase des Brenners in einem Würmetauscher 14 erwärmt. Ein Teil der Luft
(ca. 70 % der theoretisch erforderlichen Luftmenge) wird der Primärverbrennung im
Brenner 9 zugeführt, während der Rest durch die Leitung 13 zur Nachverbrennung in
Brenner 6 geleitet wird.
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Die Zufuhr eines fließfdhigen Brennstoffes (Gas oder Öl) erfolgt bei
7. Die Abgase der Verbrennung, die von ihrer Verbrennungstemperatur durch die Erwdrmung
der Brennluft abgekühlt sind, werden vor ihrem Eintritt in den Adsorber durch bei
11 eingedüstes Wasser weiter gekühlt, so daß sie auf Temperaturen von z.B. 500 -
600 ° C bei der Desorption oder bei der späteren Herunterkuhlung des Adsorbers auf
ca. 120 ° C abgekühlt sind. Das bei 5 in den Brenner 6 austretende Gas enthält Kohlenoxyd
und Wasserstoff und ist mit den aus dem Adsorptionsmittel ausgetriebenen Dämpfen
beladen. Zusammen mit der durch Leitung 13 zugeführten vorgewärmten Luft tritt das
Gemisch in eine Nachverbrennung, die an einem Katalysator 16 bei leichtem Luftüberschuß
erfolgt.
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Aus dieser Brennkammer tritt dann im wesentlichen ein Gemisch von
Stickstoff, Kohlensäure und Wasserdampf als Ergebnis einer vollstandigen Verbrennung
aus.
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In Fig, list auch ein Kühlkreislauf dargestellt, der die heißen feuchten
Gase bei 24 durch das Gebläse 21 absaugt und nach Kühlung und Niederschlag eines
Teiles der Feuchtigkeit im Kühler 22 bei 25 wieder in den Kreislauf eintreten läßt.
Das Kondensat läuft bei 23 ab.
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In Fig, 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei
der die Abkühlung der aus der Brennkammer 10 nach unvollståndiger Verbrennung austretenden
Abgase nur durch bei 11 eingedüstes Wasser erfolgt. Auch wird die Verbrennungsluft
mittels eines Gebläses gefördert, das über ein Ventil 26 die Zufuhr der Verbrennungsluft
zum Brenner 6 so vornimmt, daß die Verbrennung mit einer Luftzahl von ca.;L = 0,7
erfolgt,-Die Zufuhr des Brennstoffes zum Brenner 9 erfolgt bei 7. Aus dieser Leitung
wird bei 27 ein Teilstrom entnommen, der dem Brenner 6 zugeführt wird, um bei Betriebsbeginn
die Brennkammer und den Katalysator auf seine Arbeitstemperatur zu bringen oder
darauf zu halten. Die dem Brenner 6 zugeführte Luft wird in einem Wärmetauscher
17 durch die Abgase der katalytischen Verbrennung vorgewärmt.
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Fig. 3 unterscheidet sich unter anderem von den vorgenannten Ausführungen
dadurch, daß die Verbrennung in einer Brennkammer 28 ohne Zuhilfenahme eines Katalysators
erfolgt. Die dem Brenner 6 zugeführte Luft wird diesem durch Leitung 13 über einen
Wärmetauscher 29 zugeführt. Für das Anfahren oder/und zur Temperatursteigerung der
Brennkammer kann durch 27 weiterer Brennstoff der Verbrennung zugeführt werden.
Das die Brennkammer 10 verlassende Abgas wird bei dieser Ausführung in einem Wärmetauscher
14 abgekühlt, ehe eS einem-Wasserkühler 30 zugeführt wird, der als offener oder
geschlossener Kühler ausgebildet sein kann. In der hier dargestellten Füllkörperschicht,
die von oben durch 31 mit Wasser berieselt wird, kühlt das durch 32 zugeführte Abgas
bis auf wenige Grade über Wassertemperatur ab und wird durch Leitung 33 über dem
Wärmetauscher 14 dem Adsorber 1 zugeleitet. Bei dieser Ausführungsart enthält das
dem Brenner 6 zugeführte heiße, beladene Abgas nur eine geringe Feuchtigkeitsmenge.
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- Patentansprüche -