DE102009019801A1

DE102009019801A1 - Method for recovering single or multistage energy from hot exhaust gas of thermal process and transferring energy to liquid, involves feeding liquid into boiling chamber, and feeding steam flow into combustion chamber of thermal plant

Info

Publication number: DE102009019801A1
Application number: DE200910019801
Authority: DE
Inventors: Klaus Klein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-02
Filing date: 2009-05-02
Publication date: 2010-11-04

Abstract

The method involves feeding liquid into a boiling chamber by an exhaust gas flow (1) of a thermal plant with indirect heating, and transferring evaporation enthalpy from the gas flow to supplied liquid to be treated in a reactor (3). Thermal energy contained in the hot exhaust gas is transferred to a steam flow, and steam temperature is increased in a heat exchanger (9) to a temperature level, which is corresponded to the reactor. The steam flow and the steam temperature are produced in the boiling chamber, and the produced steam flow is fed into a combustion chamber of the thermal plant. An independent claim is also included for a device for single or multi-stage energy recovery from hot exhaust gas of a thermal process and transfer of the energy to liquids.

Description

Stand der TechnikState of the art

Pyrolyseanlagen sind ein bewährtes Verfahren um gelöste Metalle aus sauren Flüssigkeit zu entfernen. Die Flüssigkeiten werden in einen auf mehrere hundert Grad Celsius aufgeheizten Reaktor eingeleitet. Dabei verdampfen die Flüssigkeiten und die Metalle fallen als Metalloxide aus. Vernachlässigt man die Abstrahlverluste der heißen Anlagenteile und die in den Metalloxiden befindliche Energie so verlässt fast die gesamte in den Reaktor eingebrachte Energie über die Abgase den Reaktor in Form von Verdampfungsenthalpie und thermischer Energie. Zur Rückgewinnung der in den Abgasen befindlichen Stoffen (z. B. Säuren) wird das vorgekühlte Abgas in einem Absorber aus dem Wasserdampf extrahiert. Der Wasserdampf mit der darin enthaltenen Energie verlässt dass System über die Abluft ins Freie. Obwohl dieser Energieinhalt sehr hoch ist, (ca. 60–70% der Primärenergie) lässt das niedrige Energieniveau von nur 50–70°C keine weitere Nutzung im Pyrolyseprozess mit einigen 100°C zu.pyrolysis are a proven process for dissolved metals to remove from acidic liquid. The liquids be in a heated to several hundred degrees Celsius reactor initiated. The liquids and the vapor evaporate Metals precipitate as metal oxides. Neglected the radiation losses of the hot parts of the plant and in the metal oxides energy so leaves almost the entire energy introduced into the reactor via the exhaust gases the reactor in the form of enthalpy of vaporization and thermal energy. For the recovery of substances in the exhaust gases (For example, acids), the pre-cooled exhaust gas in a Absorber extracted from the water vapor. The water vapor with the Energy contained in it leaves the system over the exhaust air into the open air. Although this energy content is very high, (approx. 60-70% of the primary energy) leaves the low Energy level of only 50-70 ° C no further use in the pyrolysis process with some 100 ° C to.

PCT/AT 96/00042 beschreibt einen herkömmlichen Röstprozess mit Rückgewinnung einer kleineren thermischen Energiemenge. Die zulaufende Flüssigkeit (6) wird zunächst einer Rauchgaswäsche (006) zugeführt. Im Rauchgaswäscher soll primär Metalloxidstaub aus dem Abgasstrom entfernt werden. Energietechnisch erfolgt hier nur eine geringe Umsetzung. Das Abgas wird zwar durch den Kontakt mit der Flüssigkeit abgekühlt, dies ist aber nur ein kleiner Teil der insgesamt im Abgas transportierten Energie. Der Hauptanteil der Energie ist in der Verdampfungsenergie der kondensierbaren Gase gebunden. Ein Energieaustausch ist an dieser Stelle nicht möglich und auch nicht erwünscht. Bei Abgabe von Verdampfungsenergie aus dem Abgas müsste Flüssigkeit kondensieren. Diese Flüssigkeit würde in den Rauchgaswäscher tropfen und über (11) zurück in den Reaktor (007) gelangen. Zur Verdampfung dieser Flüssigkeit muss im Reaktor wieder Verdampfungsenergie aufgebracht werden. Eine Kondensation im Rauchgaswäscher ist in der beschriebenen Form an dieser Stelle nicht erwünscht, würde auch technisch nicht so ablaufen können. Durch Abgabe von Energie aus der Abgasphase müsste die zugeführte Flüssigkeit in die Dampfphase übergehen. Da in einem Raum aber nur eine Temperatur vorherrschen kann, kann es keine Temperaturdifferenz geben die den Energietausch antreiben könnte. Es kann nur zu einem kleinen Gleichgewichtsaustausch kommen der energietechnisch aber kaum ins Gewicht fällt. Die in der Dampfphase enthaltene Energie verlässt über (15) den Gaswäscher ist damit für eine Wiederverwendung im Reaktor verloren. PCT / AT 96/00042 describes a conventional roasting process with recovery of a smaller amount of thermal energy. The incoming liquid ( 6 ) is first a flue gas scrubber ( 006 ). In the flue gas scrubber primary metal oxide dust should be removed from the exhaust stream. In terms of energy, only a small conversion takes place here. Although the exhaust gas is cooled by the contact with the liquid, but this is only a small part of the total transported in the exhaust energy. The major part of the energy is bound in the vaporization energy of the condensable gases. An energy exchange is not possible at this point and also not desirable. When evaporating energy is released from the exhaust gas, liquid would have to condense. This liquid would drip into the flue gas scrubber and over ( 11 ) back to the reactor ( 007 ) reach. For evaporation of this liquid evaporation energy must be applied in the reactor again. A condensation in the flue gas scrubber is not desirable in the form described at this point, would also not be able to proceed technically. By delivering energy from the exhaust gas phase, the supplied liquid would have to go into the vapor phase. However, since only one temperature can prevail in a room, there can be no temperature difference that could drive the energy exchange. It can only come to a small equilibrium exchange of energy technology but hardly significant. The energy contained in the vapor phase leaves via ( 15 ) the gas scrubber is thus lost for reuse in the reactor.

In Sprechsaal (1991) Vol. 124, No. 11/12, 748–754 zeigt W. F. Kladning „Industrielle Oxidrohstoffe” auf Seite 749 ein vergleichbares Verfahren wie oben beschrieben. Der Abgaswäscher wird hier Waschrecuperator genannt, arbeitet aber nach dem gleichen Prinzip wie oben beschrieben. Eine nennenswerte Rückgewinnung von Energie findet auch hier nicht statt.In Speech Room (1991) Vol. 124, no. 11/12, 748-754 shows WF Kladning "Industrial Oxide Raw Materials" on page 749 a comparable method as described above. The scrubber is here called Waschrecuperator, but works on the same principle as described above. An appreciable recovery of energy does not take place here either.

In der Praxis ist der Abgaswäscher auch noch unter der Bezeichnung Venturiwäscher bekannt, wobei auch hier energietechnisch keine Unterschiede bestehen.In In practice, the scrubber is still under the name Venturi scrubber known, although also energy technology there are no differences.

EP 0 296 147 beschreibt ebenfalls einen thermischen Prozess bei dem die zugeführte Flüssigkeit über einen Wärmetauscher (16) vorgewärmt werden soll. (Seite 5, Zeile 45) Mehr als ein Erwärmen der Flüssigkeit ist an dieser Stelle nicht wünschenswert. Bei einem größerem Energietausch, der zu einer Verdampfung der zufließenden Flüssigkeit führen könnte, müsste aus der Gasphase Flüssigkeit auskondensieren. Diese Flüssigkeit würde zwangsläufig in den Staubabscheider gelangen und zu dessen Verschlammung führen. Auch dieser Vorschlag führt nicht zu einer umfassenden Energierückgewinnung. EP 0 296 147 also describes a thermal process in which the liquid supplied via a heat exchanger ( 16 ) should be preheated. (Page 5, line 45) More than heating the liquid is not desirable at this point. With a larger energy exchange, which could lead to evaporation of the incoming liquid, liquid would have to condense out of the gas phase. This liquid would inevitably get into the dust collector and lead to its siltation. Also, this proposal does not lead to a comprehensive energy recovery.

Neues VerfahrenNew procedure

Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ein im Bezug auf den Energieverbrauch verbessertes Verfahren zu beschreiben. Dies soll am Beispiel einer Pyrolyseanlage für verbrauchte Eisenbeizen beschrieben werden.The The object of the method according to the invention is an improved method in terms of energy consumption describe. This will be explained using the example of a pyrolysis plant for used iron stains are described.

Zur Lösung dieser Aufgabe muss die in den Abgasen befindliche Energie mit geeigneten Mitteln aus dem Abgasstrom (1) des Pyrolysereaktors (3) in den Zulauf der Flüssigkeit (2) übertragen werden, die im Pyrolysereaktor (3) behandelt werden soll und zwar so, dass das Energieniveau von einigen hundert Grad Celsius im Reaktor (3) annähernd erreicht wird. Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Abgas (1) des Reaktors (3) und Zufluss (12) zum Reaktor (3) gehalten werden kann desto geringer wird der Energieanteil der von außen in den Reaktor (3) eingespeist werden muss.To solve this problem, the energy contained in the exhaust gases must be removed from the exhaust gas flow by suitable means ( 1 ) of the pyrolysis reactor ( 3 ) in the feed of the liquid ( 2 ), which in the pyrolysis reactor ( 3 ) should be treated in such a way that the energy level of a few hundred degrees Celsius in the reactor ( 3 ) is approximately reached. The lower the temperature difference between exhaust gas ( 1 ) of the reactor ( 3 ) and inflow ( 12 ) to the reactor ( 3 ) the lower the proportion of energy from the outside into the reactor ( 3 ) must be fed.

Erfindungsgemäß wird der Abgasstrom (1) des Reaktors (3) zunächst über einen Staubabscheider/Zyklon (4) geleitet um im Abgasstrom befindliche Feststoffe (Metalloxide) weitestgehend abzuscheiden. Die abgeschiedenen Metalle werden über Leitung (5) wieder in den Reaktor (3) geleitet. Der mehrere hundert Grad heiße Abgasstrom (1) wird hinter dem Zyklon (4) in zwei oder mehr Teilströme (6 + 7) aufgeteilt. Ein oder mehr Teilströme (7) werden über ein oder mehrere Gebläse (8) (Verdichter) in den Reaktor (3) zurück geleitet um im Pyrolysereaktor für eine gewünschte Turbulenz (Wirbelschicht) zu sorgen. Bei herkömmlichen Pyrolysereaktoren wird die Turbulenz durch die Verbrennungsgase der Energieträger erzeugt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deutlich weniger Öl oder Gas verbrannt, so dass die verringerte Abgasmenge die erforderliche Turbulenz durch die reine Verbrennung nicht mehr aufrecht erhalten kann.According to the invention, the exhaust gas flow ( 1 ) of the reactor ( 3 ) first via a dust collector / cyclone ( 4 ) to remove as much as possible solids present in the exhaust stream (metal oxides). The separated metals are sent via line ( 5 ) back into the reactor ( 3 ). The several hundred degrees hot exhaust gas flow ( 1 ) is behind the cyclone ( 4 ) into two or more substreams ( 6 + 7 ) divided up. One or more partial flows ( 7 ) are controlled by one or more blowers ( 8th ) (Compressor) in the reactor ( 3 ) back to provide in the pyrolysis reactor for a desired turbulence (fluidized bed). In conventional pyrolysis reactors, turbulence is generated by the combustion gases of the fuels. With the method according to the invention significantly less oil or gas is burned, so that the reduced amount of exhaust gas can no longer maintain the required turbulence by the pure combustion.

Mindestens ein oder wahlweise auch mehrere Teilströme (6) werden zur weiteren Behandlung, d. h. zur Rückgewinnung der in den Abgasen enthaltenen Energien und zur Rückgewinnung der Inhaltsstoffe des Abgases aus dem thermischen Reaktor abgeführt. Der Energieinhalt des Abgasstromes besteht aus folgenden Komponenten: Thermische Energie des heißen Abgases von mehreren 100°C (ca. 10%) Verdampfungsenthalpie der verdampften Flüssigkeiten (ca. 90%) At least one or optionally also several partial streams ( 6 ) are removed for further treatment, ie for the recovery of the energies contained in the exhaust gases and for the recovery of the constituents of the exhaust gas from the thermal reactor. The energy content of the exhaust stream consists of the following components: Thermal energy of hot exhaust gas of several 100 ° C (about 10%) Enthalpy of evaporation of the evaporated liquids (about 90%)

Je nach der Temperatur des Pyrolyseprozesses kann die Verdampfungsenthalpie etwa 60 bis 80% der gesamten eingesetzten Energiemenge, (incl. Abstrahlverluste und Metalloxide), ausmachen. Die Rückgewinnung der Verdampfungsenthalpie sollte daher im Vordergrund der Maßnahmen stehen. Erfindungsgemäß erfolgt die Rückgewinnung der Energien in mindestens einem, vorzugsweise drei oder auch mehreren getrennten Teilschritten, wobei angestrebt wird, thermische Energie des Abgasstromes in thermische Energie des in der Siedekammer erzeugten Dampfstromes und die Verdampfungsenthalpie des Abgases in die Verdampfung der zulaufenden Flüssigkeit zu transferiere, so wie nachfolgend beschrieben:

1.) Der mehrere 100°C heiße Abgasstrom (6) aus dem Pyrolysereaktor (3) wird zunächst über einen Wärmetauscher (9) bis in die Nähe des Taupunkt des Abgases (Temp. um die 100°C) herunter gekühlt. Als Kühlmittel dient der in der Siedekammer (14) erzeugte Dampf (Temp. um die 100°C) aus der Zulaufflüssigkeit (2a). Der Wärmetausch erfolgt im Gegenstrom, so dass die Dampfphase (11) auf eine Temperatur nahe der Reaktortemperatur angehoben wird. Der überhitzte Dampf (12) gelangt unmittelbar in den Pyrolysereaktor (3).
2.) Der bis in die Nähe des Taupunktes abgekühlte Abgasstrom (13) enthält noch nahezu die gesamte Verdampfungsenthalpie, also den Großteil der gesamten Energie. Mit diesem Abgasstrom wird die Siedekammer (14) beheizt wobei das Abgas (13) die Dampfenergie an die eingeleitete Flüssigkeit (2) abgibt. Die Wärmeübertragung erfolgt ohne direkten Kontakt der beiden Medien über einen Wärmetauscher, z. B. Platten-Wärmetauscher. Wegen der beiden Flüssigphasen ist hier nur eine Fallfilmverdampfung im Gleichstrom vorteilhaft. Durch die Energieübertragung werden die Abgase (13) kondensiert und die als Kühlmittel verwendete zulaufende Flüssigkeit (2) verdampft. Die erzeugte Dampfphase hat nahezu die gesamte Verdampfungsenthalpie aus dem Abgas übernommen. Die auf die Flüssigkeit übertragene Verdampfungsenergie gelangt über den Wärmetauscher (9) wieder in den Reaktor zurück, dem entsprechend weniger Energie von außen zugeführt werden muss.

Depending on the temperature of the pyrolysis process, the enthalpy of vaporization can be about 60 to 80% of the total amount of energy used (including radiation losses and metal oxides). The recovery of the enthalpy of vaporization should therefore be in the foreground of the measures. According to the invention, the energy is recovered in at least one, preferably three or even several separate substeps, the aim being to transfer thermal energy of the exhaust gas stream into thermal energy of the vapor stream generated in the boiling chamber and the enthalpy of vaporization of the exhaust gas into the evaporation of the incoming liquid as described below:

1.) The several 100 ° C hot exhaust gas flow ( 6 ) from the pyrolysis reactor ( 3 ) is first passed through a heat exchanger ( 9 ) cooled down to near the dew point of the exhaust gas (temp. around 100 ° C). The coolant used in the boiling chamber ( 14 ) generated steam (Temp. By 100 ° C) from the feed liquid ( 2a ). The heat exchange takes place in countercurrent, so that the vapor phase ( 11 ) is raised to a temperature near the reactor temperature. The superheated steam ( 12 ) passes directly into the pyrolysis reactor ( 3 ).
2.) The cooled down to the vicinity of the dew point exhaust gas flow ( 13 ) contains almost the entire enthalpy of evaporation, that is, the majority of the total energy. With this exhaust stream is the boiling chamber ( 14 ) heated the exhaust gas ( 13 ) the steam energy to the liquid introduced ( 2 ). The heat transfer takes place without direct contact of the two media via a heat exchanger, for. B. plate heat exchanger. Because of the two liquid phases only a falling film evaporation in the direct current is advantageous here. Due to the energy transfer, the exhaust gases ( 13 ) condenses and the incoming liquid used as a coolant ( 2 ) evaporates. The generated vapor phase has absorbed almost all of the enthalpy of vaporization from the exhaust gas. The vaporization energy transferred to the liquid passes through the heat exchanger ( 9 ) back into the reactor, the correspondingly less energy must be supplied from the outside.

Durch die oben beschriebenen Maßnahmen wird sich die Energiezufuhr (15) zum Reaktor (3) deutlich reduzieren. Da die Energie in der Regel in Form von Gas oder Öl zugeführt wird, wird mit der Kreislaufführung der Energie auch weniger Sauerstoff (16) für die Verbrennung in den Reaktor (3) eingeleitet. Auf der anderen Seite wird im Reaktor Sauerstoff für die Oxidation der Metalle gebraucht. Je energieeffizienter der Reaktor (3) betrieben werden kann, desto weniger Sauerstoff gelangt über die Luft in den Reaktor (3) Der Sauerstoffgehalt des Reaktors wird daher mit einer selektiven Sonde (19) gemessen und die Sauerstoffzufuhr (20) danach geregelt. Vorteilhaft ist die Verwendung von reinem Sauerstoff. Im Falle der Röstung von salpetersauren Flüssigkeiten kann eine entsprechende Dosierung von Sauerstoff dazu beitragen, einen Anteil von NOx im Abgas (21) zu Nitrat zu oxidieren.The measures described above will increase the energy input ( 15 ) to the reactor ( 3 ) reduce significantly. Since the energy is usually supplied in the form of gas or oil, with the recycling of the energy also less oxygen ( 16 ) for combustion in the reactor ( 3 ). On the other hand, oxygen is needed in the reactor for the oxidation of the metals. The more energy efficient the reactor ( 3 ), the less oxygen enters the reactor via the air ( 3 ) The oxygen content of the reactor is therefore measured with a selective probe ( 19 ) and the oxygen supply ( 20 ) thereafter. The use of pure oxygen is advantageous. In the case of roasting nitric acid liquids, a corresponding dosage of oxygen may contribute to a proportion of NOx in the exhaust gas ( 21 ) to nitrate.

Wie oben beschrieben, ist es wünschenswert, dass möglichst die gesamte Verdampfungsenthalpie der Abgase (6) in die Siedekammer (14) gelangt. Dem steht die in den Waschrekuperator (19) zulaufende Teilmenge an Flüssigkeit (2b) für das Auswaschen des Metalloxidstaubes entgegen. Je kälter der Zufluss ist desto mehr Energie wird dem Abgas (6) entzogen. Auf der anderen Seite transportieren die heißen Metalloxide (22) Energie aus dem Prozess hinaus. Die Metalloxide (22) müssen gekühlt werden. Diese Energie sollte genutzt werden um die zulaufende Flüssigkeit (2) bzw. die in den Waschrekuperator zulaufende Teilmenge der Flüssigkeit (2b) zu erhitzen, damit dem Abgasstrom (6) des Reaktors (3) durch die Nasswäsche (19) möglichst wenig Energie entzogen wird. Die Flüssigkeit (2b) aus dem Waschrekuperator (19) zusammen mit den aus dem Abgas ausgewaschenen Staubpartikeln (Metalloxiden) wird kontinuierlich über (23) in den thermischen Reaktor (3) zur Behandlung eingeleitet.As described above, it is desirable that as much as possible the total enthalpy of vaporization of the exhaust gases ( 6 ) in the boiling chamber ( 14 ). It stands in the wash recuperator ( 19 ) incoming partial amount of liquid ( 2 B ) for the washing out of the metal oxide dust. The colder the inflow, the more energy the exhaust gas ( 6 ) withdrawn. On the other hand, the hot metal oxides ( 22 ) Energy out of the process. The metal oxides ( 22 ) must be cooled. This energy should be used around the incoming liquid ( 2 ) or in the Waschrekuperator tapered subset of the liquid ( 2 B ), so that the exhaust gas flow ( 6 ) of the reactor ( 3 ) by wet washing ( 19 ) as little energy is withdrawn. The liquid ( 2 B ) from the washing recuperator ( 19 ) together with those from the Exhaust gas washed out dust particles (metal oxides) is continuously over ( 23 ) in the thermal reactor ( 3 ) for treatment.

Das in der Siedekammer (14) kondensierte Gas (6) gelangt in den Absorber (18). Hier werden die verbliebenen kondensierbaren Gase abgetrennt und verlassen als recycelte Flüssigkeit (24) den Prozess. Die nichtkondensierbaren Gase gelangen in die Luft (21).The in the boiling chamber ( 14 ) condensed gas ( 6 ) enters the absorber ( 18 ). Here, the remaining condensable gases are separated and left as recycled liquid ( 24 ) the process. The non-condensable gases are released into the air ( 21 ).

In der Siedekammer (14) besteht die Gefahr, dass Metallsalze an den Tauscherflächen auskristallisieren. Zur automatischen Reinigung der Tauscherflächen ist ein Brenner (25) vorgesehen der die Metallsalze von Zeit zu Zeit abbrennen soll.In the boiling chamber ( 14 ) there is a risk that metal salts crystallize at the exchanger surfaces. For automatic cleaning of the exchanger surfaces, a burner ( 25 ) intended to burn off the metal salts from time to time.

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen vier Fließbilder dienen, die nachfolgend kurz beschrieben werden.to Clarification of the method according to the invention shall serve four flow diagrams, which are briefly described below become.

Bild 1 zeigt ein herkömmliches Pyrolyseverfahren. In einem Brennraum (3) werden Wasser und Säuren verdampft. Die Metalle werden als Metalloxide unten aus dem Brenner (3) abgezogen. Die heißen Gase werden in einem Zyklon (4) weitestgehend entstaubt und gelangen dann in einen Nasswäscher, Waschrecuperator oder Venturiwäscher (19). Es erfolgt eine Abkühlung des heißen Abgases bis in die Nähe des Taupunktes aber nicht darunter. Die gesamte Verdampfungsenthalpie wird in den Absorber (18) weitergeleite. Die im Dampf/Abgas (14) enthaltene Energie ist damit verloren.Figure 1 shows a conventional pyrolysis process. In a combustion chamber ( 3 ), water and acids are evaporated. The metals are extracted as metal oxides from the bottom of the burner ( 3 ) deducted. The hot gases are in a cyclone ( 4 ) dedusted as far as possible and then get into a wet scrubber, Waschrecuperator or Venturi scrubber ( 19 ). There is a cooling of the hot exhaust gas to near the dew point but not below. The total enthalpy of evaporation is transferred to the absorber ( 18 ). The in the steam / exhaust gas ( 14 ) contained energy is lost.

Bild 2 zeigt eine einstufige Energierückgewinnung aus dem Abgas (6). Das Abgas (1) wird zunächst nach dem Zyklon (4) in zwei Ströme (6 + 7) aufgeteilt. Ein Strom (7) wird über ein Gebläse (8) zurück in den Reaktor (3) geleitet um hier für die nötige Verwirbelung zu sorgen. Ein zweiter Strom (6) wird zur Energierückgewinnung über einen Wärmetauscher (9) geleitet. Wegen der involvierten Flüssigkeiten, sowohl in der zulaufenden (2) als auch der kondensierbaren Flüssigkeit des Abgases (6), kann der Wärmetauscher (9) nur im Gleichstrom betrieben werden und zwar so, dass beide Flüssigkeiten nach unten ablaufen können. Die Energieübertragung nach dem Gleichstromverfahren ist weniger effektiv und es wird ein weniger hohes Temperaturniveau im Zulauf (12) zum Reaktor (3) erreicht. Darüber hinaus ist eine Nasswäsche (19) des Abgases (6) nach dem Wärmetauscher (9) nicht mehr möglich, da die kondensierte Flüssigkeit sich mit der Waschflüssigkeit (zulaufende Flüssigkeit 2b) mischen und damit wieder zurück in den Reaktor (3) gelangen würde. Kondensierte Flüssigkeit und Metalloxidstaub gelangen somit in den Absorber (18). Da die kondensierte Flüssigkeit auch aus Säuren bestehen kann, kommt es zu Reaktionen zwischen Säure und Metalloxid im Absorber (18). Je nach Säure kann es dabei zu heftigen exothermen Reaktionen im Absorber (18) kommen. Die einstufige Lösung bringt zwar energetische Vorteile, stellt aber keine optimale Lösung des Gesamtkonzeptes dar.Figure 2 shows a single-stage energy recovery from the exhaust gas ( 6 ). The exhaust gas ( 1 ) is first after the cyclone ( 4 ) into two streams ( 6 + 7 ) divided up. A stream ( 7 ) via a blower ( 8th ) back to the reactor ( 3 ) to provide here for the necessary turbulence. A second stream ( 6 ) is used for energy recovery via a heat exchanger ( 9 ). Because of the liquids involved, both in the incoming ( 2 ) as well as the condensable liquid of the exhaust gas ( 6 ), the heat exchanger ( 9 ) are only operated in DC and in such a way that both liquids can drain down. The DC-powered energy transfer is less effective and a lower temperature level in the inlet ( 12 ) to the reactor ( 3 ) reached. In addition, a wet wash ( 19 ) of the exhaust gas ( 6 ) after the heat exchanger ( 9 ) no longer possible, since the condensed liquid with the washing liquid (incoming liquid 2 B ) and thus back into the reactor ( 3 ) would arrive. Condensed liquid and metal oxide dust thus enter the absorber ( 18 ). Since the condensed liquid can also consist of acids, there are reactions between acid and metal oxide in the absorber ( 18 ). Depending on the acid, it can lead to violent exothermic reactions in the absorber ( 18 ) come. Although the single-stage solution brings energy benefits, but does not represent an optimal solution of the overall concept.

Bild 3 zeigt ein verbessertes, zweistufiges Energierückgewinnungssystem. Hier gelangt das heiße Abgase (6) aus dem Reaktor (6) zunächst in einen ersten Wärmetauscher (9) der im Gegenstrom betrieben wird. Der Gegenstrombetrieb wird möglich, weil das Abgas (6) nicht unter den Taupunkt abgekühlt wird und somit aus dem Gas keine Flüssigkeit kondensieren kann. Der Gasstrom kann daher leicht gegen die Gravitation geleitet werden. Gekühlt wird das Gas (6) mit Dampf welcher in der zweiten Stufe (14) aus der zulaufenden Flüssigkeit in der Siedekammer erzeugt worden ist. In der ersten Stufe (9) wird so gut wie ausschließlich thermische Energie getauscht.Figure 3 shows an improved two-stage energy recovery system. Here comes the hot exhaust gas ( 6 ) from the reactor ( 6 ) first in a first heat exchanger ( 9 ) which is operated in countercurrent. The countercurrent operation becomes possible because the exhaust gas ( 6 ) is not cooled below the dew point and thus no liquid can condense out of the gas. The gas flow can therefore easily be directed against gravity. The gas is cooled ( 6 ) with vapor which in the second stage ( 14 ) has been generated from the incoming liquid in the boiling chamber. In the first stage ( 9 ) is almost exclusively thermal energy exchanged.

In der zweiten Stufe, der sogenannten Siedekammer (14), wird Verdampfungsenthalpie aus der Abgasphase (13) in die Flüssigphase (2a) übertragen. Das Abgas (13) wird kondensiert und die zulaufende Flüssigkeit (2a) verdampft. Da in beiden Phasen Flüssigkeiten beteiligt sind, kann die Fließrichtung beider Phasen nur in Richtung der Gravitation verlaufen, d. h. der Wärmetausch muss im Gleichstrom erfolgen.In the second stage, the so-called boiling chamber ( 14 ), enthalpy of vaporization from the exhaust gas phase ( 13 ) into the liquid phase ( 2a ) transfer. The exhaust gas ( 13 ) is condensed and the incoming liquid ( 2a ) evaporates. Since liquids are involved in both phases, the flow direction of both phases can only run in the direction of gravity, ie the heat exchange must take place in direct current.

Bei der zweistufigen Version erfolgt die Nasswäsche des Abgases (13) in der Kondensationsstufe (14) mit allen Nachteilen der oben beschriebenen einstufigen Energierückgewinnung. Vorteil der zweistufigen Anlage ist der effektivere Energietausch beim Gegenstrom-Wärmetauscher (9).In the two-stage version, the wet scrubbing of the exhaust gas ( 13 ) in the condensation stage ( 14 ) with all the disadvantages of the single-stage energy recovery described above. Advantage of the two-stage system is the more effective energy exchange in the countercurrent heat exchanger ( 9 ).

Bild 4 zeigt eine gegenüber Bild drei verbesserte Version, wobei die Vorteile von Bild 3 genutzt aber die Nachteile vermieden werden. Nach dem Wärmetauscher (9) wird das Abgas (10) in einem Nasswäscher (19) von Metalloxidstaub befreit, bevor das Abgas in der Siedekammer (14) kondensiert wird. Der Metalloxidstaub gelangt mit einer Teilmenge der zulaufenden Flüssigkeit (2b) zurück in den thermischen Reaktor (3). Die kondensierte Flüssigkeit ist frei von Metalloxidstaub und kann daher wesentlich einfacher im Absorber (18) weiterbehandelt werden.Figure 4 shows an improved version compared to Figure 3, taking advantage of Figure 3 but avoiding the disadvantages. After the heat exchanger ( 9 ) the exhaust gas ( 10 ) in a wet scrubber ( 19 ) free of metal oxide dust before the exhaust gas in the boiling chamber ( 14 ) is condensed. The metal oxide dust enters with a subset of the incoming liquid ( 2 B ) back into the thermal reactor ( 3 ). The condensed liquid is free of metal oxide dust and can therefore be much easier in the absorber ( 18 ).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Energieeinsparung von 50 bis 70% möglich, je nach Optimierung der Abstrahlverluste. Bei einem durchschnittlichen Gasverbrauch von 300 m³/h für eine mittlere Pyrolyseanlage und einer Laufzeit von 7.500 h/a liegt das Einsparpotential bei 1,35 Mil. m³/a an Erdgas und einen um ca. 3.000 t/a verminderten CO₂ Ausstoß.With the method according to the invention, an energy saving of 50 to 70% is possible, depending on the optimization of the radiation losses. With an average gas consumption of 300 m ³ / h for a medium pyrolysis plant and a running time of 7,500 h / a, the savings potential is 1.35 mil. m ³ / a of natural gas and CO ₃ emissions reduced by approx. 3,000 t / a.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- AT 96/00042 [0002]
EP 0296147 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Sprechsaal (1991) Vol. 124, no. 11/12, 748-754 shows WF Kladning "Industrial Oxide Raw Materials" on page 749 [0003]

Claims

One or more stages of energy recovery from hot exhaust gases from thermal processes and transmission energy to externally supplied fluids, that for a treatment in said thermal process are provided, with the steps: a) Introduction of the whole Liquid or partial streams thereof in a boiling chamber with indirect heating by the exhaust gas flow the thermal plant with the aim of transferring the Enthalpy of vaporization from the exhaust stream of the thermal system the supplied, to be treated in the reactor liquid and partial or total evaporation of this liquid in the boiling chamber. and b) Energy transfer of in the hot exhaust gases contained thermal energy the vapor stream generated in the boiling chamber and evaporation of the possibly contained residual liquid and increase the steam temperature generated in the boiling chamber in a heat exchanger to a temperature level approximating that of the reactor equivalent. and c) Introduction of the products produced under a) and b) Steam flow into the combustion chamber of the thermal plant.

Method according to claim 1, characterized by, Division of the exhaust gas stream of the reactor behind a solids separator (Cyclone) in at least a partial flow of a blower back to the reactor and at least a partial flow to Recovery of energy and condensation in the Is divided exhaust gas flow condensable gases.

Method according to claim 1, characterized by, Introduction of the incoming liquid or else one Subset of the same in a separate, closed boiling chamber with indirect heating by the exhaust gas flow of the thermal reactor, with a connection to the reactor via a heat exchanger.

Method according to claim 1, characterized by, Reheating of the vapor stream generated in the boiling chamber in one Heat exchanger that uses energy from the hot Exhaust gases of the reactor is supplied.

Method according to claim 1, characterized by, Measurement of the oxygen content within the reactor and of the Measurement-dependent metered addition of oxygen into the reactor.

Method according to claim 1, characterized by, Introducing the required for the thermal process Energy in the reactor by means of gas and / or oil and / or electrical energy.

Method according to claim 1, characterized by, Recovery of condensable gases from the vapor of the Exhaust gas of the reactor after the boiling chamber by means of condensation and / or Absorption.

Heating the boiling chamber with gas and / or oil for the purpose of cleaning the heat exchanger surfaces of crystallized metal salts.

Method according to claim 1, characterized by, transmission the energy obtained in the cooling of the metal oxides on the incoming liquid or subsets thereof.

Method according to claim 1, characterized by, Wet scrubbing the exhaust stream from the thermal reactor between heat exchanger and boiling chamber.

Method according to claim 1, characterized by, Splitting the incoming liquid into a partial flow to the boiling chamber and a partial flow to Waschrekuperator or to Venturi scrubbers.

Device for a single or multi-level Energy recovery from hot exhaust gases from thermal processes and transfer of energy to liquids, which fed from the outside and for one Treatment are provided in said thermal process, which has: a) One or more boiling chambers with indirect Heating by the exhaust flow of the thermal system for transmission the enthalpy of vaporization from the exhaust stream of the thermal plant to the supplied, to be treated in the reactor liquid and partial or total evaporation of the liquid in the boiling chamber b) heat exchanger for energy transfer the thermal energy contained in the hot exhaust gases on the vapor stream produced in the boiling chamber and evaporation the possibly contained residual liquid and increase the steam temperature to a temperature level that of the reactor approximately corresponds. c) device for thermal Treatment of the vapor stream generated under a) and b) in a combustion chamber.

Device according to claim 12, characterized by, Device for dividing the exhaust gas flow of the reactor behind the dust collector (cyclone) in at least a partial flow of over a blower returns to the reactor and at least one substream for the recovery of energy and for condensing the condensable in the exhaust stream Gases.

Device according to claim 12, characterized by, Device for introducing the liquid into a separate closed boiling chamber with indirect heating through the exhaust gas flow of the thermal reactor, with a connection to the reactor via a heat exchanger.

Device according to claim 12, characterized by, Device for reheating the current generated in the boiling chamber from vapor and residual liquid, which are using the energy hot exhaust gases of the reactor is supplied.

Device according to claim 12, characterized by, Device for measuring the oxygen content within the reactor and measurement-dependent addition of oxygen in the pyrolysis reactor.

Device according to claim 12, characterized by, Introducing the necessary for the thermal process Energy by means of gas and / or oil and / or electrical energy.

Device according to claim 12, characterized by, Apparatus for condensation and / or absorption of energy-reduced Exhaust gases of a thermal reactor.

Apparatus according to claim 12, characterized by Device for burning off metal salt deposits on the exchanger surfaces inside the boiling chamber.

Device according to claim 12, characterized by, Device for cooling the hot generated in the reactor Metal oxides and transfer of energy to the incoming Liquid or parts thereof.

Device according to claim 12, characterized by, Apparatus for wet scrubbing (scrubber, Waschrekuperator or Venturi scrubber) of the exhaust stream of the reactor, between the heat exchanger and the boiling chamber.