CN108692318A

CN108692318A - 用于焚烧废水的方法

Info

Publication number: CN108692318A
Application number: CN201710232727.6A
Authority: CN
Inventors: 张辰东; 刘晶华; 邵想想
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-10-23

Abstract

用于改进废弃物焚烧的方法，所述废弃物包含于来自工业化学工艺的废水中。所述方法采用以下步骤：将含有废弃物的废水输送到还原腔室；将空气输送至还原腔室；将富氧空气输送至还原腔室，其中废弃物发生部分氧化；将部分氧化反应的产物输送到氧化腔室；以及将富氧空气输送到发生产物燃烧的氧化腔室。

Description

用于焚烧废水的方法

发明背景

废水焚烧用于石化工艺，特别是有毒污染物是废弃物中主要成分的那些工艺。这些工艺中典型的是丙烯腈生产工艺、己二酸生产工艺以及苯酚-丙酮生产工艺。

在几乎所有丙烯腈工厂中，废水以空气作为氧化剂进行焚烧，这限制了吞吐量以及污染物分解率。现在使用的典型的焚烧工艺具有数个缺点。吞吐量受到所具有的附加成分例如存在的氮的限制，并且低燃烧温度导致污染物分解效率低下。整体焚烧性能缺陷在于燃料热值飙升。在某些工艺中存在效率低下的热回收。进一步，排放以及低的可操作的调节比是这些工艺的关注点。

本发明致力于通过将氧气直接添加到气流或者作为雾化剂与废水混合来克服这些缺限。

发明内容

在本发明的第一实施方式中，公开了用于焚烧废弃物的方法，所述方法包括如下步骤：

a)将含有废弃物的废水输送至还原腔室；

b)将空气加入该还原腔室；

c)将富氧空气输送至该还原腔室，其中，废弃物发生部分氧化；

d)将部分氧化反应的产物输送至氧化腔室；以及

e)将富氧空气输送至该氧化腔室，其中，部分氧化反应的产物发生燃烧，并且形成不含废弃物的气流。

废弃物通常来自工业化学工艺，例如丙烯腈生产工艺、己二酸生产工艺以及苯酚-丙酮生产工艺。

废弃物可以是任何类型的有机溶剂或有机化学物质，例如二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇、苯、甲苯、二甲苯、乙酸、二噁烷、吡啶、硝基苯、氯仿、四氯甲烷、四氯乙烷、二氯苯、三氯苯、二甲基甲酰胺、三氯乙烯、甲醛、丁基醚、苯胺、甲苯胺、二乙醚、二硫化碳、丙烯腈、多氯苯、喹诺酮、己烷、异丙醇、异丙醚、石油醚、乙酸乙酯、丁醇、丁酮、乙酸戊酯、酮、乙二醇、汽油、松节油、二甲亚砜。该列举应当被认为具有代表性，而不是限制哪些废弃物化学品可以通过本发明的方法处理。进一步，在某些示例中，仅一种化学品存在于废弃物中，而在其它情况中，两种或更多种化学化合物可存在于待处理的废弃物中。

为了控制NOx的排放，通常使用还原腔室。这通过在燃烧腔室中设置缺氧区实现，其中，通过燃烧产生的NOx还原为N₂。NOx是有毒排放物，并且在全球范围具有更为严格的法规。NOx在高温下经过空气中的氮气和氧气、以及氧气与废弃化学品中含有的氮结合而产生。因此，氧气量的降低将会减少NOx产生。此外，在氧气不充足的气氛中，已经产生的NO将通过烃基以及部分燃烧产生的产物(例如一氧化碳、氢气和炭)还原为氮气。

如下文说明书图1所示，在典型的废水焚烧装置中，数字9是还原腔室。

部分氧化发生在与还原腔室操作相似的条件下。

在氧化腔室中，引入另一空气流，其提供足够的氧分子以帮助燃烧在还原室腔室中尚未完全燃烧的所有废弃化学品。最终，产生CO₂和水。

富氧空气选自纯氧气和与空气混合的氧气。富氧空气可以来自储存罐、小型原位发生器或钢瓶(cylinder)。

在还原腔室中使用的空气和在氧化腔室中使用的空气在进入这两个腔室中的任一腔室前可以输送至预热器。

将氧气输送至还原腔室。氧气输送可以通过空气管道。该氧气输送伴随废水输送，并且可以在进入还原腔室之前通过雾化器输送，协助产生喷雾，由此增加氧气和废水之间的接触，并提高反应。

另外还将蒸汽输送至还原腔室。

富氧空气的输送可以同时通过燃烧腔室温度和废水流速进行自动控制，并且可以根据废气中CO和氧含量进行手动调整。

部分氧化在约950℃发生，从而产生氮气和水。氧化腔室的温度为约900℃～1100℃。

富氧空气以2～20巴(g)的压力输送至氧化腔室。富氧空气选自纯氧气和与空气混合的氧气。富氧空气的温度为约21℃。可以随废水中废弃物量的增加，增加富氧空气的输送。

空气在输送至还原腔室之前可以输送至预热器。

不含废弃物的气流可以输送至废热锅炉。

通过在还原腔室中的反应可以去除氮氧化物。

本发明的益处包括节约燃料和增加处理吞吐量。进一步，可改进能量效率，并且提高温度可增加污染物破坏效率。以较低的焚烧系统改进成本，增加调节比。最终，烟气排放降低，并且操作灵活性得以改进。

附图的简要说明

图1是废水焚烧系统的示意图。

图2是着重显示还原腔室的废水焚烧系统的示意图。

发明详述

图1是显示所涉及设备相对位置的废水焚烧系统示意图。废水管嘴1、2、3和4将废水输送至主空气腔室5、或主燃烧器组件6或还原腔室9。次要空气通过开口7输入，而用于燃烧的空气通过开口8输入。

还原腔室9与氧化腔室11流体连通，氧化空气通过开口10输送至所述氧化腔室11。

氧化腔室11与选择性非催化还原单元(SNCR)12流体连通。氨通过氨管嘴13输送至SNCR12。SNCR12与骤冷单元16流体连通。冷却水通过冷却水管嘴14输送至骤冷单元16，并且再生的烟气通过进口15输入。

骤冷单元16与接收冷却的经处理的空气的废热锅炉18流体连通。然后，经处理且经冷却的废气流输送通过袋式除尘器(bag deduster)19，所述袋式除尘器19与废热锅炉17流体连通。然后，袋式除尘器19通过抽风机20输送至烟囱18，现在经处理的空气流可以通过烟囱释放到大气中或者以环保可接受的方法处置。

参见图2，空气通过管线21由压缩机或其它此类装置A提供至空气预热器B。未经预热的空气通过管线22输送至还原腔室。温度越高，产生NOx的量越多。由于还原腔室的主要功能是降低NOx产生，因此优选较低的温度。.

现在温度为150℃～300℃的经过预热的空气从空气预热器B通过管线25输送至管线26、27和28，经过预热的空气经此进入还原腔室C。管线25还将经过预热的空气输送至氧化腔室D。

废水通过管线23输送至与还原腔室C连接的雾化器E。废水包含将被焚烧的废弃物。同样，纯的形态的氧气或混合形态的氧气通过管线24输送至雾化器E，在该雾化器E中，所述氧气将与废水混合，用于输送至还原腔室C。

优选采用纯氧，因为可以加入更多的氧分子。然而，取决于所需要的氧的量，富氧空气也可用于雾化废水。

如果使用氧气或空气会由于降低的低爆炸极限而将会更加危险，所以蒸汽最常被用作用于高浓度或高粘度废液的载气。对于较低化学品浓度的废液，在本发明中可以使用常规空气、或者纯氧。

如前文关于还原腔室和燃烧腔室的讨论，还原腔室的典型温度为950℃。在还原腔室中，废水中的部分化学品与未充分提供的氧气反应，并产生二氧化碳、水、以及来自部分氧化的产物例如一氧化碳、碳、氢气和NO。然后，NO通过与这些部分产物反应大幅去除，并产生N₂：

2NO+2CO→N₂+2CO₂

2NO+2C→N₂+2CO

2NO+2H₂→N₂+2H₂O

可以基于废水单元热值和滞留时间调整氧气主体的流速。当废水热值低时，仅需要纯空气。当由于工厂生产能力增加而废水流速增加时，更多的化学品输送至焚烧炉进行处置，这需要更多的氧分子与这些化学品进行反应。那么，纯氧可用作废水输送管嘴处的载气，以雾化废水。通过该方法，可以将更多的氧分子添加到焚烧炉中与废水中的化学品反应。当废水流速最终增加而氧气流速由于设计限制不能在废水管嘴提高时，可以将更多氧气添加到空气管道中，以产生富氧空气。以该方法，进一步将氧分子添加到焚烧炉中。当然，提高注氧量的顺序可以不同，例如，当废水输入增加并不显著时首先将氧气首先添加到空气管道，并且当废水输入进一步增加时，通过雾化器添加更多氧气。

在氧化腔室中，引入更多空气，产生空气富裕的环境，用于使未反应的化学品反应完全，并最终产生CO₂和水。在该腔室中，温度控制在900℃～1100℃。温度越高导致产生越多的NOx，而在较低的温度，化学品将不会彻底氧化，留下不希望的部分反应的产物例如CO。

富氧空气由氧气源(例如储存罐、小型原位发生器或钢瓶)通过管线29输送至管线28，在此处随空气进入还原腔室C。富氧空气可以是纯氧、或者是以各种量与空气混合的氧气。

压力、温度、流速和富集程度(在纯氧注入点之后空气管道中的氧气浓度)通过自动控制阀滑块系统(automatic control valve skid system)进行控制。然后，精细控制的纯氧通过功能兼顾注入器和混合器的专有管嘴进行注入，目的在于将注入的氧气均匀分布到空气流中。

为了使纯氧能够流入空气管道，纯氧的压力通常控制为高于空气管道内的操作压力。然而，压力不能过高，因为一旦在整个系统中发生堵塞，这会给焚烧炉腔室带来风险。通常，压力为2～20巴(g)。

所注入纯氧的温度通常约为21℃的室温。如果使用液态氧，纯氧流动控制系统具有防止液态氧流入系统的互锁装置(interlock)。氧气/空气比、或者所谓的富集程度是需要控制的最重要的因素。通常出于安全考虑，该值不能高于28％。在通过可编程逻辑控制器(PLC)基于空气流速和富氧程度的预设数值反馈进行计算后，控制阀滑块将会自动调节氧气流输送阀的打开，以输送合适量的氧气。联机的氧气监视器通常也安装在注入点后的空气管道下游，以再次确认实际氧气浓度。在控制阀滑块系统中存在互锁装置，以防止一旦发生紧急停机时纯氧的进一步添加。

富氧空气的添加将会改进还原腔室内的部分氧化反应，由此导致更快的吞吐量，以及污染物质更彻底地转化为经氧化的成分。

富氧空气也通过管线30输送至管线25并输入氧化腔室D。来源可与输送至还原腔室C的富氧空气相同，即来自储存罐、小型原位发生器或钢瓶。富氧空气可以是纯氧、或者是以各种量与空气混合的氧气。

在氧化腔室中的操作情况与还原腔室中所述的操作情况相似。在氧化腔室中，氧气通常通过监控废气排出处的氧气浓度进行监控，从而确保提供足够的氧分子以便废水流中的所有化学品通过该方法全部反应形成CO₂和水。在该腔室中，最重要的是温度控制，因为此处大部分通过N₂和O₂反应产生的NOx是在温度提高的情况下发生。

富氧空气的添加也将改进发生在氧化腔室D中的反应，由此使得来自还原腔室C的经氧化成分更快地氧化，但是还使得温度更高以更好地焚烧那些成分，以形成不含废弃物的气流。

所获得的的现在不含污染物的气流可以排放到大气中、再利用、或以环保的方式处置。

虽然关于本发明的具体实施方式描述了本发明，但是显然，本发明的许多其他形式和改变对本领域技术人员是显而易见的。本发明所附的权利要求书一般应被解释成包括在本发明的真正精神和范围之内的所有这些显而易见的形式和改变。

Claims

1.一种用于焚烧废弃物的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将含有废弃物的废水输送至还原腔室；

b)将空气添加到该还原腔室；

d)将部分氧化反应的产物输送至氧化腔室；以及

e)将富氧空气输送至氧化腔室，其中，部分氧化反应的产物发生燃烧，并且形成不含废弃物的气流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃物来自工业化学工艺。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述工业化学工艺选自：丙烯腈生产工艺、己二酸生产工艺以及苯酚-丙酮生产工艺。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃物选自：二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇、苯、甲苯、二甲苯、乙酸、二噁烷、吡啶、硝基苯、氯仿、四氯甲烷、四氯乙烷、二氯苯、三氯苯、二甲基甲酰胺、三氯乙烯、甲醛、丁基醚、苯胺、甲苯胺、二乙醚、二硫化碳、丙烯腈、多氯苯、喹诺酮、己烷、异丙醇、异丙醚、石油醚、乙酸乙酯、丁醇、丁酮、乙酸戊酯、酮、乙二醇、汽油、松节油、二甲亚砜。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原腔室还原废弃物中的氮氧化物。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，蒸气输送至还原腔室。

7.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，部分氧化在约950℃发生，从而产生氮气和水。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化腔室的温度为约900℃～1100℃。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧空气以2～20巴(g)的压力输送至氧化腔室。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧空气选自：纯氧、和与空气混合的氧气。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气在输送至还原腔室之前输送至空气预热器。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氧气输送至还原腔室。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气和所述废水通过雾化器输送至还原腔室。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气通过空气通道注入。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧空气的输送是自动的。

16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述富氧空气的温度为约21℃。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将不含废弃物的气流输送至废热锅炉。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过还原腔室中的反应去除氮氧化物。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，随废水中废弃物量的增加，增加富氧空气的输送。