DE2611671C2 - Verfahren zur gemeinsamen Verbrennung von Abgasen und flüssigen Rückständen - Google Patents

Verfahren zur gemeinsamen Verbrennung von Abgasen und flüssigen Rückständen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gemeinsamen Verbrennung von Abgasen und flüssigen Rückständen, die man zusammen mit Luft und/oder Dampf als Zerstäubungsmittel für die Rückstände und mit Verbrennungstuft gleichzeitig durch einen Brenner mit konzentrisch ineinandergefügten, auslaßseitig konisch zulaufenden Zuleitungsrohren mit verengten Auslässen in eine mit feuerfesten Steinen ausgemauerte Brennkammer schickt
Die DE-OS 23 62 830 beschreibt bereits einen Brenner für verschiedene flüssige und gasförmige brennbare Stoffe und Brennstoffe, der gekennzeichnet ist durch eine erste rohrförmige äußere Hülle und 7 konzentrisch zueinander angeordnete rohrförmige innere Hülien, welche 7 kreisringförmige Kammern bilden, die in eine Mischkammer am vorderen Ende der ersten Hülle münden, wobei in diese Kammern Verbrennungsluft, ein Zerstäubungsmittel (Luft, Dampft etc.) sowie gasförmige und flüssige Brennstoffe und zu veräschernde Stoffe eingeführt werden. Die Mischkammer ragt in die mit keramischen Werkstoffen verkleinerte Brennkammer hinein. Die 4 innersten Hüllen sind auslaßseitig konisch nach innen gebogen, wobei außer der innersten Kammer auch die nächstfolgende kreisringförmige Kammer auslaßseitig verengt ist. Die letztgenannten Kammern dienen der Zufuhr von flüssigem Brennstoff und dessen Zerstäubungsmedium.
In zunehmendem Maße fallen in der industriellen Produktion, z. B. bei der Herstellung von Vinylchlorid, Chlorkohlenwasserstoffe gleichzeitig in Abgasen und in Form flüssiger Rückstände an. In einer zugeordneten Verbrennungsanlage können diese giftigen Chlorkohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid, Wasser und Chlorwasserstoff abgebaut werden. Die Schwierigkeit bei der Verbrennung liegt vor allem in der qualitativ wie quantitativ großen Schwankungsbreite der bei der Produktion anfallenden chlorkohlenwasserstoffhaltigen Abgase, während die Verbrennung flüssiger Rückstände an Chlorkohlenwasserstoffen, die aus einem Vorratsbehälter gleichmäßig gemischt in die Verbrennungsanlage eindosiert werden können, technisch bedeutend leichter durchführbar ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend abzuwandeln, daß bei Einsatz von chlorkohlenwasserstoffhaltigen Abgasen in quantitativ und qualitativ großer Schwankungsbreite zusammen mit aus einem Vorratsbehälter stammenden chlorkohlenwasserstoffhaltigen flüssigen Rückständen eine weitgehend gleichmäßige Wärmebelastung der Brennkammer unter nahezu vollständiger Verbrennung und Vermeidung von Umweltverunreinigung erreichbar ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man bei Einsatz chlorkohlenwasserstoffhaltiger Abgase und Rückstände vier auslabseitig unter Verengung aller gebildeten Ringräume konisch zulaufende Zuleitungsrohre vorsieht durch die man die vier eingeführten Stoffe in nebelhafter Durchmischung direkt in die vorgeheizte Brennkammer schickt; daß man die flüssigen Rückstände jeweils nur in einer solchen Menge zumischt und verbrennt, daß eine zwischen 1200° und 1800° C liegende Höchsttemperatur nicht überschritten wird; daß man die Zufuhr von Verbrennungsluft in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der die Brennkammer verlassenden Verbrennungsgase mit Hilfe eines Sauerstoffanalysators steuert; und daß man die Verbrennungsgase mit Wasser abschreckt und unter Gewinnung von Salzsäure aufarbeitet
Aus der DE-OS 24 00 246 ist eine Sonde zum Messen des Sauerstoffgehaltes in den Rauchgasen einer Feuerungsanlage bekannt. Die von der Sonde gelieferte Spannung wird einem Regelglied zugeführt, durch welches das Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch in einem Dosiergerät so eingestellt wird, daß stets die günstigsten Verbrennungszustände eingehalten werden.
Die DE-PS 12 28 232 beschreibt ein Verfahren zur Vernichtung von chlorierten Kohlenwasserstoffrückständen mit unterschiedlichem Chlorgehalt unter Gewinnung von Salzsäure, wobei u. a. die heißen Verbrennungsgase durch Einspritzen von Wasser oder verdünnter, etwa 20%iger Salzsäure auf etwa 1000C abgeschreckt werden und eine Teilkondensation bzw. Absorption des in den Verbrennungsgasen enthaltenen Chlorwasserstoffs stattfindet
Die unteren Grenzen für die Verbrennung chlorkohlenwassereioffhaltiger Abgase einerseits und flüssiger Rückstände andererseits betragen etwa SOO0C bzw. etwa HOO0C Die Temperatur in der Brennkammer darf unbesorgt bis 12000C ansteigen. Höhere Temperaturen bis zu 18000C sind nur insoweit zulässig, als die für die Ausmauerung der Brennkammer verwendeten Steine derart hohe Temperaturen vertragen, d. h. der Erweichungspunkt der Steine muß noch beträchtlich oberhalb der zulässigen Betriebstemperatur liegen.
Die Abgase enthalten neben Chlorkohltnwasserstoffen in schwankenden Mengen andere brennbare, d. h. sauerstoffverbrauchende, und nicht brennbare, d. h. inerte Gase, ζ. Β. Stickstoff. Durch wechselnde,
a) von der Brennkammertemperatur als Funktion der Menge und Reaktionsenthalpie der verbrennenden Abgase und
b) von einem Sauerstoff-Analysegerät zur Messung des Sauerstoffgehalts der aus der Brennkammer abziehenden Verbrennungsgase gesteuerte Zugabe von flüssigen Rückständen aus einem Vorratsbehälter bzw. von Verbrennungsluft
wird erfindungsgemäß eine gleichmäßige Belastung der Anlage in energetischer Hinsicht sowie hinsichtlich des Verbrauchs an Sauerstoff bzw. Luft und des Anfalls an Chlorwasserstoff erreicht Die Kapazität der Anlage wird nach dem höchstmöglichen Anfall seitens der abgasliefernden Produktionsbetriebe ausgelegt, so daß bei Normal- oder Unterbelastung die flüssigen Rückstände aus dem Vorratsbehälter in wechselnden Mengen mitverbrannt werden können.
Vorteihafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Im folgenden sei das Verfahren der Erfindung anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert:
F i g. 1 zeigt im Schnitt einen Brenner, der mit seinem ringförmigen Brennerteller (1) an die ringförmige Einfassung (2) der sich nach innen konisch erweiternden, kreisrunden Öffnung im Mauerwerk (3) der Brennkammer angeschraubt ist. Der Brenner besteht aus vier konzentrisch ineinandergefügten Zuleitungsrohren unterschiedlicher Länge und Weite. Durch das innere Rohr (4) wird der flüssige Rückstand zugeführt, de.· mit Zerstäuberluft und/oder Dampf zerstäubt wird, die durch den mit einem seitlichen Eintrittsstutzen versehenen Ringmantel (5) eintreten. Der Ringmantel (5) wird seinerseits von einem Ringmantel (6) umgeben, durch dessen seitlichen Stutzen die Verbrennungsluft zugeführt wird. Den vorderen Teil des Ringmantels (6) umschließt ein äußerer Ringmantel (7), durch dessen seitlichen Stutzen das Abgas einströmt Falls erforderlich, werden durch den Ringmantel (7), besonders zur Ingangsetzung des Verfahrens, auch Zündgas, z. B. Wasserstoff oder Methan, und während des Verfahrens ein Zusatzgas, ζ. B. Wasserstoff oder Methan als Brenngas, oder Stickstoff oder Dampf als Magerungsgas, zugesetzt. Dampf unterstützt den Verbrennungsvorgang; er wirkt wärmebindend und kühlend. Im vorderen Teil der beiden Ringmäntel (5) und (6) sind Drallbleche (8) bzw (9) eingebaut Das innere Rohr (4) und die Ringmäntel (5), (6) und (7) sind jeweils an ihrer Austrittsöffnung konisch so nach innen gebogen, daß sich eine düsenförmige Verengung der drei Ringräume ergibt Durch diese Anordnung wird eine nebelhafte Durchmischung von Abgas, flüssigem Rückstand und Verbrennungsluft erzielt
Fig.2 zeigt den an die Brennkammer (10) angeschlossenen Brenner (4—7), dessen Funktion in Fig. 1 näher erläutert ist Ober die Leitungen (11) und (12) wird die Brennkammer (10) zuerst mit Stickstoff und dann mit Luft gespült Anschließend wird durch die Leitungen (11) und (12) ein Zündgas, z. B. Wasserstoff, eingeleitet.
Über die Leitung (13) wird die Verbrennungsluft zugeführt Sobald die Brennkammer (10) nach Zündung des Gasgemischs die untere Grenze der für die Verbrennung von chlorkohlenwasserstoffhaltigen Abgasen erforderlichen Temperatur von etwa 9000C erreicht hat, wird allmählich Abgas über Leitung (12) zugemischt und die Zündgaszufuhr gedrosselt. Bei Erreichen der unteren Grenze der Verbrennungstemperatur von etwa HOO0C für flüssige Rückstände an Chlorkohlenwasserstoffen werden diese über Leitung (14) zusammen mit Zerstäuberluft oder Dampf über Leitung (15) zugegeben. Hierbei wird die Menge der flüssigen Rückstände durch die Brennkammertemperatur mittels Thermoelement (16) und Ventil (17) gesteuert. Die für die Ausmauerung der Brennkammer (10) zulässige Höchsttemperatur von z. B. 14000C darf nicht überschritten werden. Die Zufuhr von Verbrennungsluft durch Leitung (13) wird in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der die Brennkammer (10) verlassenden Verbrennungsgase mit Hilfe des Sauerstoffanalysators (18) und Ventil (19) gesteuert. Zur Vermeidung einer Abscheidung von Ruß und der Unterdrückung einer Bildung von Chlor wird im allgemeinen ein stöchiometrischer Sauerstoffüberschuß von 1—2% bzw. ein Luftüberschuß von 5—10% zugelassen.
Beispiel
(Die m3 verstehen sich bei 1,013 bar und 00C)
In der Brennkammer (10) M/erden 200 m3/h eines chlorkohlenwasserstoffhaltigen Abgases mit einem Chlorgehalt von 0,17 kg/m3
(Zusammensetzung in Volumen-%:
Äthylen: 7,8;
Äthan: 1,0;
Methan: 0,2;
Dichloräthan: 4,0;
Äthylchlorid: 2,0;
HCl: 0,6;
Sauerstoff: 3,4;
Inerte (N2, CO2): 81,0)
und einem Heizwert von 8700 kj/m3
(Gesamtheizwert = 8700 · 200 = 1 740 000 kj)
verbrannt. Die Ausmauerung der Brennkammer besteht aus nochtonerdehaltigen feuerfesten Steinen mit einem Erweichungspunkt von 1855°C und einer zulässigen Betriebstemperatur von 15500C. Ohne daß die Temperatur der Brennkammer (10) 14000C übersteigt, können gleichzeitig 226 kg/h flüssige Rückstände an Chlorkoh-
5 26 11 671
lenwasserstoffen
(C:
H:
Cl:		 45,5 Gewichts-%;
6,5 Gewichts-%;
48 Gewichts-%)		 5
mit einem Heizwert von 22 000 kj/kg
(Gesamtheizwert = 22 000 · 226 = 4 972 000 kj)
10
mit verbrannt werden. Die Brennkammer (10) ist somit zur Verbrennung von Stoffen mit einem Gesamtheizwert von
1 740 0OOkJ/h + 4 972 000 kj/h = 6 712 000kJ/h
ausgelegt. Die Abgasmenge ist die führende, die Flüssigkeitsmenge die von der Brennkammertemperatur gesteuerte Größe. Die Zerstäubung der 226 kg/h flüssigen Rückstände erfolgt mit 45OmVh Luft und 90 kg/h Dampf über Leitung (15) und Ringmantel (5), während über Leitung (13) und Ringmantel (6) zusätzlich 1350 m3/h Luft zur Verbrennung eingeleitet werden, so daß der Luftüberschuß 7 Volumen-% entsprechend einem Sauerstoffüberschuß von 1,4 Volumen-% beträgt
2250 mVh chlorwasserstoffhaltige Verbrennungsgase der Zusammensetzung in Volumen-%:
30
verlassen die Brennkammer und treten mit etwa 1000° C in eine Quenche ein, wo sie mit im Kreislauf gepumpter Salzsäure auf 60° C abgeschreckt werden.
Die eingesetzten 200 mVh Abgas und 226 kg/h flüssige Rückstände enthalten 142 kg/h (überwiegend gebundenes) Chlor und ergeben nach der Verbrennung 146 kg/h Chlorwasserstoff, die von 340 kg/h Wasser absorbiert 486 kg/h etwa 30 gewichtsprozentige Salzsäure liefern.
inerte (N2, CO2): 82;
HCl: 4,0;
Wasserdampf: 13;
Sauerstoff: 1;
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
45
55 60 65

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur gemeinsamen Verbrennung von Abgasen und flüssigen Rückständen, die man zusammen mit Luft und/oder Dampf als Zerstäubungsmittel für die Rückstände und mit Verbrennungsluft gleichzeitig durch einen Brenner mit konzentrisch ineinandergefügten, auslaßseitig konisch zulaufenden Zuleitungsrohren mit verengten Auslassen in eine mit feuerfesten Steinen ausgemauerte Brennkammer schickt, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Einsatz chlorkohlenwasserstoffhaltiger Abgase und Rückstände vier auslaßseitig unter Verengung aller gebildeten Ringräume konisch zulaufende Zuleitungsrohre vorsieht, durch die man die vier eingeführten Stoffe in nebelhafter Durchmischung direkt in die vorgelieizte Brennkammer schickt; daß man die flüssigen Rückstände jeweils nur in einer solchen Menge zumischt und verbrennt, daß eine zwischen 1200° und 1800° C liegende Höchsttemperatur nicht überschritten wird; daß man die Zufuhr von Verbrennungsluft in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der die Brennkammer verlassenden Verbrennungsgase mit Hilfe eines Sauerstoffanalysators steuert; und daß man die Verbrennungsgase mit Wasser abschreckt und unter Gewinnung von Salzsäure aufarbeitet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssigen Rückstände durch das innere Zuleitungsrohr, das Zerstäubungsmittel durch — gezählt von innen nach außen — den ersten Ringraum, Verbrennungsluft durch den zweiten Ringraum und die Abgase durch den dritten oder äußeren Ringraum schickt
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssigen Rückstände mit 1 — 5 m3 Luft und/oder 0,2 bis 2 kg Dampf je kg flüssiger Rückstand zerstäubt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase 0,1 bis 1 kg/m3 überwiegend gebundenes Chlor enthalten.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Rückstände 1 bis 75 Gewichts-% überwiegend gebundenes Chlor enthalten.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man je nach dem Grade der Brennbarkeit der Abgase und der flüssigen Rückstände den Abgasen Wasserstoff oder Methan als Brenngas oder Stickstoff als Magerungsgas zusetzt
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Brennkammer mit einem gezündeten Gemisch aus Wasserstoff und Verbrennungsluft vorheizt.
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