DE2350165C2

DE2350165C2 - Verfahren zur Oxidation eines oxidierbaren Materials

Info

Publication number: DE2350165C2
Application number: DE2350165A
Authority: DE
Inventors: Wayne Benjamin Rothschild Wis. Gitchel; Louis Atwater Wausau Wis. Pradt
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1972-10-05
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1982-12-09
Also published as: IT998701B; SE402095B; FR2201922A1; AU6107573A; GB1411047A; JPS5637000B2; CA1001010A; JPS4973374A; NL7313503A; BE805599A; AU473652B2; DE2350165A1; NL175165B; NL175165C; FR2201922B1; ZA737613B; CH587446A5

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 30 60 118 ist ein Verfahren zur Abwasserbehandlung mit einer biologischen Behandlungsstufe bekannt, wobei der sich ergebende Schlamm naß oxidiert und das oxidierte Material in die biologische Behandlungsstufe zurückgeleitet wird. Der Schlamm wird aus einem Lagertank in einen Wärmeaustauscher geleitet, in welchem er vorgeheizt wird. Danach wird der Schlamm mit einem sauerstoffhaltigen Gas vermischt ur.d in eine Naßluftoxidationszone geleitet, in der das oxidierbare Material oxidiert wird.

Viele Abfallmaterialien sind weitgehend in Wasser unlöslich, damit nicht mischbar und schwierig darin zu suspendieren oder zu emulgieren. Wenn derartiges Abfallmaterial durch Naßluftoxidation behandelt wird, so ergeben sich Schwierigkeiten. Wird das Abfallmaterial entsprechend dem aus der US-PS 30 60 118 bekannten Verfahren mit Wasser zunächst in einen Lagertank eingebracht, so neigt das Material dazu, zusammenzubacken und auf den Boden des Lagertanks abzusinken oder auch nach oben aufzusteigen. Selbst bei heftiger Bewegung ist es schwierig, eine homogene Mischung in dem Lagertank aufrecht zu erhalten. Während des folgenden Arbeitsganges wird die Mischung mittels einer Pumpe durch einen Wärmeaustauscher geleitet, wobei Sauerstoff oder Luft mit dem Wasserstrom entweder vor oder nach dem Wärmeaustauscher vermischt wird. Danach gelangt diese Mischung in eine Reaktionszone, in welcher der organische Anteil des Abfallmaterials teilweise oder vollständig oxidiert wird. Das oxidierte Material kann anschließend aus der Reaktionszone durch den Wärmeaustauscher geleitet und über ein Steuerventil abgezogen werden. Das in die Reaktionszone gepumpte Material wird abwechselnd sehr stark konzentriert und wieder verdünnt. Dadurch wird der Naßoxidationsvorgang sehr ungleichmäßig und unter Umständen gefährlich, wenn größere Mengen von Abfallmaterial in die Reaktionszone zusammen mit wenig Wasser gelangen, wodurch plötzliche Hitzeausbrüche mit der Gefahr von Explosionen hervorgerufen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß einerseits das Problem der Auf^rechterhaUung einer gleichmäßigen Aufschlämmung im Lagertank entfällt und andererseits das Material in der Reaktionszone gleichmäßig behandelt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Durch das direkte Einleiten des oxidierbaren Materials in die Reaktionszone ohne vorhergehendes Durchleiten desselben durch einen Wärmeaustauscher entfällt einerseits eine Mischung von Wasser und oxidierbarem Material in einem Lagertank, während andererseits in der Reaktionszone ein gleichmäßiges Verhältnis von Abfallmaterial und Wasser in einfacher Weise aufrechterhalten werden kann, so daß die Gefahr plötzlicher Hitzeausbrüche verhindert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Das flüssige oder feste, brennbare Abfallmaterial wird direkt in die Reaktionszone eingespritzt, ohne daß es im Lagertank mit Wasser vermischt wird. Der Lagertank 6 enthält lediglich Wasser, das durch den Wärmeaustauscher 7 in die Reaktionszone 8 gepumpt wird. Zusätzliche Wärmeaustauscher und/oder Reaktionszonen können, falls gewünscht, in das System einbezogen werden. Sauerstoff oder Luft wird in den Wasserstrom vor Eintritt in den Wärmeaustauscher eingebracht. Alternativ kann Sauerstoff oder Luft nach dem Wärmeaustauscher, d. h. direkt in der Reaktionszone zugesetzt werden. Das Abfallmaterial wird in die Reaktionszone mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, daß eine gleichmäßige Oxidationsgeschwindigkeit erzielt wird. Im Falle von pumpbarem flüssigem Abfall kann mit jeder bekannten Dosiervorrichtung gearbeitet werden. Im Falle eines festen Abfalls kann mit einem Trockenförderer beschickt werden oder es kann der Abfall als sehr schwere Aufschlämmung, beispielsweise nach der Art, die durch Absetzen eines Feststoffs granulärer Art in einem Wassertank ohne Rühren erhalten wird, gepumpt werden. Durch dieses Verfahren wird ein problemloser Oxidationsvorgang erreicht.

Das zu oxidierende Abfallmaterial kann vor dem Einspritzen in die Reaktionszone erwärmt werden. Eine solche Vorwärmung ist jedoch nicht erforderlich.

Wie in üblichen Naßluftoxidationsanlagen beträgt die Temperatur der Reaktionszone 100 bis 375° C und der innere Überdruck zwischen 10 und 280 bar. Dies reicht aus, um den größten Teil des Wassers in flüssiger Phase zu halten.

Als Variante kann das in den Lagertank eingespeiste Wasser durch jeden wäßrigen Schlamm oder eine Lösung, die in einer Naßluftoxidationsanlage leicht zu handhaben sind, ersetzt werden. Beispielsweise können Abwasserschlamm oder Abfall-Sulfitlauge, die in üblichen Oxidationsanlagen oxidiert werden, in dem Lagertank 6 gelagert und durch die Anlage gepumpt werden. Die nicht mischbaren Abfallfeststoffe oder Flüssigkeiten werden anschließend direkt und unabhängig zu dem Schlamm oder der Lösung in die Reatkionszone eingeleitet, wodurch der Schlamm oder die zu oxidierende Lösung konzentriert wird.

Materialien, die besonders zur Oxidation durch dieses Verfahren geeignet sind, sind Erdölprodukte, Motoröle,

Dieselöl und dergleichen, Explosivstoffe, Treibmittel und andere Feststoffe sowie wasserunlösliche Abfallprodukte.

Als weitere Ausführungsform kann die aus dem Steuerventil 9 austretende oxidierte Flüssigkeit zu dem Lagertank 6 zurückgeführt werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn eine teilweise Oxidation durchgeführt wird und die Flüssigkeit noch einen beträchtlichen Anteil mit chemischem Sauerstoffbedarf aufweist Die Rückleitung dieser Flüssigkeit würde die Notwendigkeit einer Nachbehandlung vor der endgültigen Beseitigung ausschalten, obwohl es von Zeit zu Zeit notwendig ist, die zurückgeleitete Flüssigkeit zu behandeln, um ausgefällte und gelöste Feststoffe zu entfernen. Dies kann durch Verdampfen eines Teils des Wassers und Abfiltrieren der Feststoffe erreicht werden.

Das Verfahren kann in Verbindung mit jeder üblichen Anwendung von Naßluftoxidationsanlagen einschließlich jener zur Abfallbeseitigung für Nebenprodukte oder chemische Wiedergewinnung oder zur Erzeugung von Nutzenergie Verwendung finden.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1
Oxidation von Dieselbrennstoff

Wasser wurde mit 210 bar und 3,7 l/min durch drei Wärmeaustauscher, von denen einer durch Dampf beheizt war, und zwei in Reihe geschaltete Reaktionszone gepumpt. Hochdruckluft wurde in den Wasserstrom vor dem Eintritt in die erste Reaktionszone eingeleitet, so daß ausreichend Luft zur Erhaltung eines leichten Sauerstoffüberschusses in dem Abgasdampf während der Oxidation vorhanden war. Zum Start des beteiligten Systems wurden die Reaktionszonen auf mindestens 260⁰C vor dem Brennstoffzusatz vorerhitzt. War die Oxidationstemperatur erreicht, so wurde Dieselbrennstoff mit einer Geschwindigkeit von 67 ccm/min in das Luft-Wassergemisch, gerade bevor es in die Reaktionszone eintrat, gepumpt, wobei eine Pumpe mit variabler Geschwindigkeit benutzt wurde. Sobald die Oxidation eingeleitet war, wurde die Dampfzufuhr zum Wärmeaustauscher unterbrochen. Die Reaktionstemperatur wurde lediglich durch die Oxidationswärme des Dieselbrennstoffs aufrecht erhalten. Das Wasser trat in die Reaktionszone mit 290°C ein und durch Anwendung von 1,25 kg Luft/min wurde eine Reaktionstemperatur von 317°C erzielt. Das Material trat am Boden ein und am oberen Ende jeder Reaktionszone aus. Der oxidierte Abstrom wurde anschließend durch die zwei nicht mit Dampf beheizten Wärmeaustauscher, durch einen Kühler und ein Druckminderventil geleitet, um den Druck auf atsmosphärische Bedingungen abzusenken. Die Dämpfe und Flüssigkeit wurden anschließend getrennt und untersucht. Die Oxidation des Dieselbrennstoffs war zu etwa 88% vollständig, der zurückbleibende chemische Sauerstoffbedarf lag vorwiegend in Form von flüchtigen Säuren vor.

Der Versuch, Dieselbrennstoff mit Wasser im Lagertank 6 zu mischen, war nicht befriedigend, da es nicht möglich war, den Brennstoff in einer Emulsion mit Wasser zu halten. Daher erfolgte die Zugabe des Brennstoffs in die Reaktionszone sehr unregelmäßig und oxidierbares Material häufte sich in verschiedenen Teilen der Anlage an, was zu gefährlichen Überhitzungen führte.

Beispiel 2
Oxidation eines Treibmittels

8,52 I Wasser/min und 336 kg Luft/min wurden durch einen Wärmeaustauscher und Dampferhitzer geleitet

und traten in die Reaktionszone mit einem Oberdruck von 5t» bar bei einer Temperatur von 199°C ein. Ein trockenes, festes Treibmittel in granulärer Form (1,0 mm Durchmesser, spezifisches Gewicht 1,6) mit der

ίο Zusammensetzung:

51,0% Nitrocellulose
38,5% Nitroglycerin

7,5% Triacetin (Glycerintriacetat)
2,0% Bleisalze

1,0% Kohlenstoff

wurde periodisch in Wasser von 49° C aufgeschlämmt und in einen zylindrischen Tank gepumpt, wo sich das

Treibmittel absetzte. Überschüssiges Wasser floß in einen anderen Tank über, der Wasser für die Hochdrucktreibsatzpumpe lieferte. Das abgesetzte Treibmittel wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 2 kg/min mit einer Pumpe in die Beschickungsleitung für die Hochdruckpumpe gepumpt, wo sie auf 11,4 Gew.-% mit Wasser verdünnt wurde. Bei beginnender Wasserentnahme aus der Reaktionszone wurde begonnen, die verdünnte Treibmittelaufschlämmung in die Reaktionszone mit einer Rohrgeschwindig-

3« keit von 1,20 m/sec zu pumpen, wobei das Treibmittel in die Reaktionszone mit einem Überdruck von 56 bar und einer Temperatur von 35,0° C eintrat. Wenn das Treibmittel in die Reaktionszone von 35,0° C eintrat. Wenn das Treibmittel in die Reaktionszone eingebracht war, wurde die Dampfzufuhr zum Wärmeaustauscher abgesetzt und die Oxidationswärnie des Treibmittels diente zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur über 240°C, wobei das Wasser-Luftgemisch bei 184⁰C in die Reaktionszone eintrat. Die Reduktion an chemischem Sauerstoffbedarf, die durch die Naßoxidaiion erzielt wurde, betrug 97,9%.

Günstige Bedingungen für die Oxidation des Treibmittels sind:

1. Das Treibmittel wird ständig zur Verminderung des Explosionsrisikos in feuchtem Zustand gehalten.

2. Das flüssige Treibmittel tritt in die Reaktionszone bei einer Temperatur unter 93° C ein, so daß die

so Oxidation nicht vor dem Erreichen der Reaktionszone eintritt.

3. Die Geschwindigkeit der Treibmittel-Wassermischung in den Rohrleitungen liegt immer über 1 m/sec, um ein Absetzen und eine Anhäufung von

« gefährlichen Mengen des Treibmittels zu verhindern.

4. Das Treibmittel tritt in die Reaktionszone an einem Punkt über dem Lufteinlaß ein. Die durch die Luft erzeugte Turbulenz dient zur Unterstützung der Suspendierung der Treibmittelgranulate, zur Beschleunigung der Oxidation uiid für gleichmäßige Temperaturen.

5. Die Reaktionstemperatur liegt immer über 177°C, wenn das Treibmittel eingespeist ist, um eine

f>5 Arhäufung von nichtoxidiertem Treibmittel zu verhindern.

6. Die Beschickungsgeschwindigkeit des Treibmittels wird gleichmäßig gehalten.

Wurde das Treibmittel dieses Beispiels durch vorherige Mischung mit Wasser im Lagertank oxidiert, so war es nicht möglich, eine konstante Treibmittelbeschickungskonzentration in der Reaktionszone, selbst mit zwei Rührern im Lagertank, aufrecht zu erhalten. Rasche Temperaturschwankungen traten auf, wodurch es schwierig wurde, die Reaktion zu steuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Oxidation eines oxidierbaren Materials, das in Wasser unlöslich, damit nicht vermischbar und schwierig darin zu suspendieren oder zu emulgieren ist mit einem sauerstoffhaltigen Gas in einem wäßrigem Medium in einer begrenzten Reaktionszone, wobei man dieses wäßrige Medium durch einen Wärmeaustauscher und in diese begrenzte Reaktionszone leitet, um das wäßrige Medium bis auf die erforderliche Reaktionstemperatur zu erhitzen und die Reaktionszone mit einem sauerstoffhaltigen Gas beliefert, dadurch gekennzeichnet, daß man das oxidierbare Material direkt in diese Reaktionszone ohne Durchleiten desselben durch einen Wärmeaustauscher einspritzt

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das der Oxidation ueterworfene Material Dieselbrennstoff ist

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu oxidierende Material ein Treibsatz, der aus einer Mischung von Nitrocellulose und Nitroglyzerin besteht ist.