DE69219356T2

DE69219356T2 - Behandlung von flüssigen abfällen

Info

Publication number: DE69219356T2
Application number: DE69219356T
Authority: DE
Inventors: Guillermo Oxigeno Do B Garrido; James The Heath Mole; Philippe L Air Liquide Queille
Original assignee: Air Liquide SA; Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: L'air Liquide SA Pour L'etude Et L'exploita Fr; Mitsubishi Chemical UK Ltd
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: EP0616672A1; EP0616672B1; AU3165093A; ES2101288T3; CA2125649C; BR9206954A; WO1993013362A1; US5531169A; TW224999B; ATE152231T1; JPH07502332A; AU667862B2; CA2125649A1; CN1057593C; DE69219356D1; KR100316351B1; CN1077267A; JP3174335B2; GB9127096D0

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von flüssigem Abfallmaterial durch Verbrennung. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind bekannt aus US-A 4 544 350. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Behandlung von verunreinigter Säure, insbesondere von verunreinigter Schwefelsäure durch Anwenden von Hitze, um die Säure thermisch und oxidativ zu dissoziieren.
Die Erzeugung von Nebenprodukten als Abfallmaterialien ist ein allgemeines Problem bei vielen industriellen Prozessen. Zum Beispiel wird verunreinigte oder verbrauchte Säure im Verlauf einer Anzahl von industriellen Prozessen produziert. Insbesondere kann verunreinigte Schwefelsäure genannt werden, die in großen Mengen während der Herstellung von Methylmethacrylat im sogenannten ACH-Prozeß erzeugt wird.
Die Schwefelsäure, die während der Herstellung von Methylmethacrylat im ACH-Prozeß erzeugt wird, ist mit Wasser, Ammoniumsulfat, Ammoniumbisulfat und verschiedenen organischen Spezies verunreinigt. Die Behandlung einer solchen Abfallschwefelsäure durch Verbrennung wurde in verschiedenen Patenten beschrieben, insbesondere, wenn der Ofen ein Teil einer Schwefelsäurerückgewinnungseinrichtung darstellt.
In einer solchen Schwefelsäurerückgewinnungseinrichtung wird die verunreinigte Schwefelsäure in einen Ofen gemeinsam mit Brennstoff eingeführt. Das Brennstoff/Luftgemisch wird verbrannt, um die erforderliche Hitze zu erzeugen, um sowohl die verunreinigte Schwefelsäure zu verdampfen als auch die Säure und ihre beigemischten Verunreinigungen zu dissozueren, wodurch Wasser, Kohlendioxid und Schwefeldioxid gebildet wird. Diese gasförmige Verbrennungsprodukte werden zusammen mit dem Stickstoff, der in der Luft enthalten ist, aus dem Ofen entlassen und zuerst durch einen Abwärmesieder geleitet, um die Abwärme zurückzugewinnen, und dann durch eine Gasreinigungseinheit, um das Wasser zu entfernen. Nach der Wasserentfernung wird der Gasstrom, der das Schwefeldioxid enthält, durch einen katalytischen Konverter geleitet, wo das Schwefeldioxid mit Sauerstoff umgesetzt wird, wodurch Schwefeltrioxid hergestellt wird. Das sich ergebende Produkt wird dann durch einen Absorptionsturm geleitet, in dem das Schwefeltrioxid mit Wasser umgesetzt wird, wodurch Schwefelsäure und/oder Oleum durch das Kontaktverfahren gebildet wird.
Allerdings bringt die Verwendung von Luft zur Unterstützung des Verbrennungsprozesses gewisse Probleme mit sich. Die Inertgase (hauptsächlich Stickstoff), die in der Luft enthalten sind, tragen signifikant zur Wärmeaufnahme bei, da auch sie im Verbrennungsprozeß auf die geeignete Temperatur erhitzt werden müssen. Als Wirkung wird ein signifikanter Anteil der Hitze, der in der Verbrennung des Brennstoffes erzeugt wird, vergeudet, indem er die Inertgase, die in der Luft enthalten sind, zu erhitzen hat. Als Folge sind Luftbrenner thermisch signifikant weniger wirksam. Darüber hinaus verdünnen die Inertstoffe in der Luft in den Fällen, in denen der Ofen Teil einer Einheit ist, die zur Wiedergewinnung der Schwefelsäure dient (im folgenden SAR genannt), die Konzentration des Schwefeldioxides im Konverter (wo Schwefeldioxid mit Sauerstoff zur Bildung von Schwefeltrioxid umgesetzt wird), wodurch die Umsetzung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid begrenzt wird. Die Inertstoffe verringern auch die Verweilzeit der Reaktanten im Konverter bei einer gegebenen Durchsatzgeschwindigkeit, was es erforderlich macht, größere Volumina Katalysator zu verwenden, um die gewünschte Reaktion in die Wege zu leiten. Ein weiteres Problem mit SAR-Anlagen, in denen der Ofen Luft einsetzt, um die Verbrennung zu unterstützen, besteht darin, daß die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Ofens geringer ist als die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Gasreinigungseinheit und der Konvertereinheit. Darüber hinaus kann es sein, daß die im Ofen erzeugte Hitze nicht wirksam eine ausreichende Menge Schwefelsäure verdampfen und dissozueren kann, um eine angemessene Konzentration von Schwefeldioxid zu erzeugen zur wirksamen Behandlung in den in Strömungsrichtung dahinter liegenden Anlagenteilen. Unter diesen Umständen kann eventuell zusätzlicher Schwefel in den Ofen gegeben und verbrannt werden müssen, um zusätzliches Schwefeldioxid zu erzeugen. Dies trägt bedeutend zu den Kosten der SAR- Behandlung bei.
Im allgemeinen erfordert die Verwendung von Luft als Oxidationsmedium die Verwendung eines großen Ofens, und da die Inertstoffe, die in der Luft enthalten sind, in die nachfolgenden Stufen des SAR-Prozesses mitgeführt werden, sind auch hier große Geräteabmessungen nötig, zusammen mit einem großen Turbinenkompressor, um die Produktgase, die im Ofen erzeugt werden, durch die verschiedenen Stufen des Prozesses zu ziehen mit dem daraus folgenden, bedeutenden Verbrauch von Energie.
Die Verwendung von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft anstelle normaler Luft als Oxidationsmittel im Verbrennungsprozeß wurde vorgeschlagen. Dieser Austausch bringt erkennbare Vorteile mit sich, unter denen die Tatsache bemerkenswert ist, daß verringerte Mengen Stickstoff in den Ofen eingeleitet werden oder ansonsten die Einleitung von Stickstoff vollständig vermieden werden kann. Als Ergebnis kann der Durchsatz des Ofens und der SAR-Anlage, in die der Ofen eingebaut ist, signifikant verbessert werden. Die Verwendung von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft verringert auch deutlich die Brennstoffmenge, die verbraucht wird zum Verarbeiten einer gegebenen Menge von flüssigem Abfallmaterial, da die Treibstoffverschwendung, die während des Erhitzens der großen Mengen von Inertgasen auftritt, die in normaler Luft enthalten sind, verringert oder sogar beseitigt wird. Darüber hinaus ermöglicht die Verringerung der Menge von Inertgasen, die durch die SAR-Anlage durchgeleitet werden, wenn Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft für die Verbrennung verwendet wird, eine signifikante Einsparung an elektrischer Energie, die zum Betrieb des Anlagenkompressors verwendet wird. Die Verwendung von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft bringt auch den Treibstoff dazu, intensiver zu brennen, wodurch er eine heißere Flamme erzeugt, die in der Lage ist, das flüssige Abfallmaterial mit höherer Geschwindigkeit in Endprodukte umzuwandeln, wie zum Beispiel Schwefelsäure in Schwefeldioxid. Darüber hinaus neigt, wenn das flüssige Abfallmaterial verbrauchte Schwefelsäure ist, eine höhere Flammentemperatur dazu, die Bildung von unerwünschtem Schwefeltrioxid im Ofen zu verringern.
Zusammengefaßt können größere Einsparungen beim Energieverbrauch und beim Brennstoffverbrauch erreicht werden, wenn Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet wird, um die Verbrennung im Ofen zu unterstützen, und darüber hinaus kann, wenn ein solcher Ofen Teil einer SAR-Anlage ist, die Größe der Anlageneinrichtungen verringert werden, ohne die Verarbeitungskapazität der Anlage zu verringern, im Gegensatz zu einer größeren Anlage, in der normale Luft zur Verbrennung verwendet wird.
Allerdings treten deutliche Probleme auf, wenn Einspeisungen von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft verwendet werden, um die Verbrennung zu unterstützen, weil der Brennstoff intensiver brennt, was eine deutlich höhere Flammentemperatur ergibt gegenüber der, die mit einer luftunterstützten Verbrennung erzeugt wird. Die höheren Flammentemperaturen führen zu unregelmäßiger Hitzeverteilung und örtlichen heißen Flecken innerhalb des Ofens, die zusammen mit der Intensität der Hitze die Lebensdauer der Gerätschaften und insbesondere die Lebensdauer des feuerfesten Materials, das die Ofenwand auskleidet, verringern. Darüber hinaus neigen höhere Temperatur dazu, die Erzeugung von Stickoxiden (NOx) in nicht akzeptierbaren Mengen zu ergeben.
US - 4 490 347 offenbart ein Verfahren zum Regenerieren von verbrauchter Schwefelsäure, in dem mit Sauerstoff angereicherte Luft in den Ofen eingeleitet wird. Allerdings wird darin gelehrt, daß der Anreicherungsgrad der Luft mit Sauerstoff praktische Begrenzungen besitzt aufgrund der Schwierigkeiten, die auftreten im Bezug auf eine wirksame Verbrennung, eine lange Lebensdauer der Gerätschaften und die Vermeidung von Explosionen. Als Ergebnis ist die Lehre in US - 4 490 347 begrenzt auf die Verwendung von mit Sauerstoff angereicherten Luftströmen, die bis zu 40% Sauerstoff enthalten.
US - 5 022 332 offenbart auch ein Verfahren zum Regenerieren von verunreinigter oder verbrauchter Schwefelsäure, in der Einspeisungen von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet werden, und schlägt eine Lösung für die Probleme vor, die sich ergeben, wenn solche Einspeisungen verwendet werden. Die Lösung, die vorgeschlagen wird, beinhaltet unter anderem, daß eine Rezirkulationsströmung im Ofen bewirkt wird, indem das Oxidationsmittel (das heißt, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft) in den Ofen mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen wird. Die Produkte des Verbrennungsprozesses werden innerhalb der Rezirkulationsströmung mitgerissen und in die Verbrennungszone zurückgeführt, wo sie die Verbrennungsreaktion des Oxidanzes mit dem Brennstoff verdünnen und so die Spitzenflammentemperatur verringern. Die Lösung, die in US - 5 022 332 vorgeschlagen wird, soll die Verwendung einer Einspeisung von reinem Sauerstoff in den Verbrennungsprozeß ermöglichen.
Allerdings hängt die erzeugte Rezirkulation, auf die sich US - 5 022 332 bezieht, mit dem Moment des eingeblasenen Oxidationsmittels zusammen. Im Fall eines geringen Leistungsbereiches der Produktion kann die Rezirkulationsgeschwindigkeit ungenügend werden, was die Spitzenflammentemperatur verringert, so daß sich die Produktion von unannehmbaren Pegeln von NOx ergibt und möglicherweise heiße Flecken auf der Reaktorwand gebildet werden, die signifikant die Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung verringern können.
Im Rahmen der Erfindung wurde nun ein Verfahren zur Behandlung von flüssigen Abfallmaterialien durch Verbrennung erdacht, bei dem mit Sauerstoff angereicherte Luft, die wenigstens 40% v/v Sauerstoff enthält, oder im wesentlichen reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet werden kann. Das Verfahren neigt nicht dazu, unter den Problemen zu leiden, die vorstehend diskutiert wurden und kann darüber hinaus bei einem hohen Turndown betrieben werden, wodurch geringere Mengen des flüssigen Abfalls verarbeitet werden können.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Behandlung von flüssigem Abfallmaterial durch Verbrennung desselben in einem Ofen (1) zur Herstellung einer Strömung von Verbrennungsgas, die im wesentlichen frei von flüssigem Abfallmaterial ist, am Ausgang des Ofens, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
(a) Versorgen des Ofens (1) durch wenigstens einen Brenner (2), der in einer Endwandung (5) desselben angeordnet ist, mit einem Strom aus einem primären Oxidationsmittel, der von dem wenigstens einen Brenner in einer ersten Strömungsrichtung eingeblasen wird und wenigstens 22% v/v Sauerstoff enthält, zusammen mit einem Brennstoffstrom, der von dem wenigstens einen Brenner in im wesentlichen der gleichen Richtung wie der ersten Strömungsrichtung eingeblasen wird,
(b) Verbrennen des Brennstoffes, um so eine Hitzequelle zu erzeugen,
(c) Einstellen des Verhältnisses des primären Oxidationsmittels zum Brennstoff auf einen solchen Wert, daß der Strom des ersten Oxidationsmittels nicht ausreichend Sauerstoff bereitstellt, um die vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken,
(d) Einspeisen eines Stromes aus flüssigem Abfallmaterial in den Ofen (1) durch eine Vielzahl von Atomisierlanzen (4), so daß das flüssige Abfallmaterial von den Atomisierlanzen in Form von atomisierten Strahlen eingeblasen wird, wobei die Atomisierlanzen in der Endwandung rund um den wenigstens einen Brenner (2) angeordnet sind, so daß das Material im wesentlichen in der gleichen Richtung wie der ersten Richtung eingeblasen wird, und
(e) Versorgen des Ofens mit einem Strom eines zweiten Oxidationsmittels, das wenigstens 22% v/v Sauerstoff enthält, durch eine Vielzahl von Oxidationsmittellanzen (3), die in einem solchen Abstand von dem wenigstens einen Brenner (2) gehalten werden, daß die Strömung des ersten Oxidationsmittels ergänzt und dadurch eine ausreichende Menge Sauerstoff bereitgestellt wird, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken, und worin die Ströme in den Ofen (1) in solchen Geschwindigkeiten und an solchen Positionen eingespeist werden, daß das Moment, das mit den eingebrachten Materialien assozliert ist, im wesentlichen einheitlich über den Ofenquerschnitt verteilt ist, wodurch eine Pfropfenströmung von Material durch den Ofen von der Endwandung (5) zum Ausgang bewirkt wird.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Ofen bereitgestellt, der geeignet ist für das Ausführen des Verfahrens, wie es vorstehend beschrieben wurde, der verbunden ist mit einem Ofen (1), der geeignet ist zum Durchführen des Verfahrens und der an eine Brennstoffversorgung, eine Versorgung mit einem primären Oxidationsmittel und eine Versorgung mit einem zweiten Oxidationsmittel angeschlossen ist, wobei der Ofen eine Endwandung (5), eine Vielzahl von Oxidationsmittellanzen (3), einen Ausgang und ein Steuersystem umfaßt und worin:
(a) die Endwandung in sich wenigstens einen Brenner (2) und eine Vielzahl von Atomisierlanzen (4) um den wenigstens einen Brenner herum angeordnet besitzt,
(b) der wenigstens eine Brenner (2) mit der Brennstoflversorgung und der Versorgung mit dem primären Oxidationsmittel verbunden ist und in der Lage ist, im Betrieb einen Brennstoffstrom in eine erste Richtung und einen Strom des primären Oxidationsmittels in im wesentlichen die gleiche Richtung wie die erste Richtung zu richten,
(c) die Vielzahl der Atomisierstrahlen (4) mit der Versorgung mit flüssigem Abfallmaterial verbunden ist und in der Lage ist, im Betrieb einen Strom des flüssigen Abfallmaterials in atomisierte Strahlen umzuwandeln und die atomisierten Strahlen entlang einer Richtung zu leiten, die im wesentlichen die gleiche Richtung ist wie die erste Richtung,
(d) die Vielzahl von Oxidationsmittellanzen (3) mit der Versorgung mit dem zweiten Oxidationsmittel verbunden sind und auf Abstand zu dem wenigstens einen Brenner (2) gebracht sind und
(e) das Steuersystem in der Lage ist, die Geschwindigkeiten, mit denen Brennstoff, primäres Oxidationsmittel, sekundäres Oxidationsmittel und flüssiges Abfallmaterial in den Ofen eingespeist werden, zu steuern) so daß im Betrieb der Strom des primären Oxidationsmittels keine ausreichende Menge Sauerstoff bereitstellt, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken, der Strom des zweiten Oxidationsmittels den Strom des ersten Oxidationsmittels ergänzt, so daß ausreichend Sauerstoff bereitgestellt wird, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken, und das Moment, das mit den eingebrachten Materialien assoziiert ist, im wesentlichen einheitlich über den Ofenquerschnitt verteilt ist, wodurch eine Pfropfenströmung von Material von der Endwandung zum Ausgang bewirkt wird.
Mit einer Pfropfenströmung ist gemeint, daß das Durchlaufen von Material durch den Ofen in die Ausgangszone im wesentlichen nicht unterbrochen wird durch große Rezirkulationen der Reaktanten und Reaktionsprodukte, insbesondere im ersten Drittel des Reaktors. Als Ergebnis beschreibt das Material, das durch den Ofen vorrückt, ein im wesentlichen axiales Fließmuster. Die erforderliche Pfropfenströmung kann erreicht werden durch Anordnen der verschiedenen Lanzen und Brenner und Steuern der Geschwindigkeit der Flüssigkeiten, die sie einspritzen, so daß das Moment, das mit den verschiedenen eingespritzten Flüssigkeiten verbunden ist, im wesentlichen einheitlich über den Querschnitt des Reaktors verteilt ist. Die Einspritzgeschwindigkeiten der verschiedenen Flüssigkeiten betragen typischerweise unter 100 mis und bevorzugt unter 30 m/s.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nützlicherweise eingesetzt werden, um ein beliebiges flüssiges Abfallmaterial zu bearbeiten, ist aber insbesondere geeignet zum Verarbeiten von verbrauchter oder verunreinigter Säure und insbesondere verbrauchter Schwefelsäure, die Wasser, Ammoniumsulfat, Ammoniumbisulfat und verschiedene organische Spezies als Verunreinigung enthält. Wenn das vorliegende Verfahren verwendet wird, um verbrauchte Schwefelsäure zu verarbeiten, können eine niedrige NOx-Bildung und eine niedrige Bildung von unerwünschtem Schwefeltrioxid erreicht werden. Darüber hinaus ist die Konfiguration der Säuresprühlanzen und der Brenner so gestaltet, daß die feuerfeste Ofenauskleidung vor der direkten Hitze der Flamme geschützt ist und deshalb auf annehmbar niedrigen Temperaturen gehalten wird.
Entsprechend wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren bereitgestellt zur Behandlung von verunreinigter Schwefelsäure durch Anwenden von Hitze, um die Säure zu dissozüeren. Der Ofen, der eingesetzt wird, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, ist bevorzugt Teil einer SAR-Einrichtung.
Der Ofen, in dem das flüssige Abfallmaterial verbrannt wird, ist mit einem feuerfesten Material ausgekleidet, das die äußeren Wand von intensiver Hitze abschirmt. Der Ofen kann mit seiner Hauptachse entweder vertikal oder horizontal angeordnet sein, aber das letztere ist im allgemeinen bevorzugt. Bequemerweise ist der Ofen ein Zylinder, der mit Ziegel ausgekleidet ist.
Der Ofen ist mit einem oder mehreren Brennern ausgerüstet, die sowohl das primäre Oxidationsmittel als auch den brennbaren Brennstoff in den Ofen einspeisen. Der (oder jeder) Brenner erstreckt (erstrecken) sich durch die Endwandung des Ofens und ist bevorzugt mit seiner Achse im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ofens angeordnet. Bevorzugt ist der Brenner beziehungsweise sind die Brenner in Richtung auf das Zentrum der Ofenendwand und auf der oder um die Hauptachse des Ofens herum angeordnet. Mit dieser Konfiguration wird das Erhitzen der Ofenseitenwand minimiert. Der Brenner umfaßt oder die Brenner umfassen üblicherweise zwei Durchlässe zum Bereitstellen des ersten Oxidationsmittels beziehungsweise des Brennstoffes. Ein bevorzugter Brenner umfaßt einen zentral angeordneten Durchlaß, der in Verbindung mit einem ersten Einlaß steht, und einen äußeren, ringförmigen Durchlaß, der in Verbindung mit einem zweiten Einlaß steht. Der Brennstoff und das primäre Oxidationsmittel können in den Ofen über den inneren beziehungsweise äußeren Einlaß des Brenners eingebracht werden. Allerdings wird aus Gründen, die im folgenden erläutert werden, der Brennstoff bevorzugt in den äußeren Durchlaß eines solchen Brenners eingespeist und das primäre Oxidationsmittel in die inneren Durchlaß. Ein besonders bevorzugter Brenner umfaßt einen zentralen Durchlaß, einen dazwischenliegenden, ringförmigen Durchlaß und einen äußeren, ringförmigen Durchlaß. Bei einem solchen Brenner dienen der zentrale und der äußere, ringförmige Durchlaß zum Einspritzen des Brennstoffes und der mittlere, ringförmige Durchlaß dient zum Einblasen des primären Oxidationsmittels. Normalerweise werden zwischen 10 und 30%, zum Beispiel 20%, des gesamten Brennstoffflusses durch den zentralen Durchlaß eingespeist. Das Einblasen des Oxidationsmittels wie auch das Einspritzen des Brennstoffes durch den Brenner neigt dazu, eine vergrößerte Flammenstabilität bereitzustellen.
Der Brenner beziehungsweise die Brenner müssen in der Lage sein, den hohen Temperaturen zu widerstehen, die im Ofen erzeugt werden, und aus diesem Grund sind keramische Materialien für ihre Herstellung bevorzugt.
Obwohl der Ofen mehr als einen Brenner umfassen kann und dies üblicherweise auch tut, sollte die Anzahl der Brenner nicht übermäßig groß sein. Bequemerweise kann der Ofen drei Brenner umfassen, die in Richtung auf die Mitte der Ofenendwand um die Hauptachse des Reaktors herum angeordnet sind. Bevorzugt sind die Brenner auf gleichen Abstand von der Hauptachse des Ofens gebracht und auf gleiche Entfernung zueinander.
Der Brennstoff, mit dem die Brenner versorgt werden, kann ein flüssiger oder ein gasförmiger Brennstoff sein. Geeignete Brennstoffe schließen deshalb Heizöl, Propan und Erdgas ein. Ein bevorzugter Brennstoff ist Erdgas.
Die Zündung der Brenner wird bequemerweise mit Hilfe einer Pilotflamme oder einem piezoelektrischen Funken erreicht.
Das primäre Oxidationsmittel und der brennbare Brennstoff, die in den Ofen durch den einen oder die mehreren Brenner eingeleitet werden, erzeugen eine oder mehrere Verbrennungszonen, die im folgenden als die primäre Verbrennungszone bezeichnet werden. Die primäre Verbrennungszone ist der heißeste Bereich im Ofen, und erzeugt die Wärme, die erforderlich ist zum Verdampfen und Dissoziieren des flüssigen Abfallmaterials.
Die Menge des primären Oxidationsmittel, das durch die Brenner eingespeist wird, liegt unterhalb der Menge, die für die vollständige Verbrennung des eingeleiteten Brennstoffes erforderlich ist. Insbesondere ist das Verhältnis zwischen Brennstoff und primärem Oxidationsmittel so gestaltet, daß keine ausreichende Mengen Sauerstoff durch das primäre Oxidationsmittel bereitgestellt wird, um die vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken. Das im Bezug auf den Sauerstoff unterstöchiometrische Betreiben der Brenner neigt dazu, das Risiko von Explosionen zu mildern, die andernfalls auftreten können. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, um verbrauchte Schwefelsäure zu bearbeiten, begrenzt darüber hinaus eine solche Einstellung des Verhältnisses von Brennstoff zu primärem Oxidationsmittel, daß die Brenner im Bezug auf den Sauerstoff unterstöchiometrisch betrieben werden, nicht nur die Spitzenflammentemperatur, sondern erzeugt auch eine reduzierende Flamme, die hilft, die Bildung von unerwünschtem NOx zu verringern. Dieser letztere Effekt kann gefördert werden durch die Verwendung eines Brenners oder von Brennern, die einen inneren Durchlaß aufweisen, durch den das primäre Oxidationsmittel eingespeist wird, und einen äußeren, ringförmigen Durchlaß aufweisen, durch den der Brennstoff oder wenigstens ein wesentlicher Teil desselben eingeleitet wird. Der Brennstoff, der den Brenner verläßt, neigt dazu, den Strom des primären Oxidationsmittels zu umschließen, wodurch die Konzentration von reduzierenden Ga sen in der Umgebung der primären Verbrennungszone anwächst.
Das primäre Oxidationsmittel, das in den Brenner eingeblasen wird, kann ein beliebiges sauerstoffreiches Gas sein, ist aber bevorzugt mit Sauerstoff angereicherte Luft oder im wesentlichen reiner Sauerstoff. Das pithiäre Oxidationsmit tel sollte eine Sauerstoffkonzentration von wenigstens 22 Vol-% aufweisen, zum Beispiel von 22 bis 66 Vol.-%. So sollte zum Beispiel, wenn das primäre Oxidationsmittel eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff enthält, der Sauerstoffgehalt, wenn er als prozentuales Verhältnis des Volumens von Sauerstoff zum Gesamtvolumen von Sauerstoff und Stickstoff ausgedrückt wird, wenigstens 22% betragen. Bevorzugt sollte das primäre Oxidationsmittel einen Sauerstoffgehalt von wenigstens 40 Vol.-% aufweisen, zum Beispiel wenigsten 66 Vol.-%, und insbesondere weisen bevorzugte Ausführungsformen eine Sauerstoffkonzentration auf, die über diesem Wert liegt und insbesondere massiv darüber, zum Beispiel bei wenigsten 90 Vol.-%. Im wesentlichen reiner Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von wenigstens 99,5 Vol.-% ist besonders bevorzugt zur Verwendung als primäres Oxidationsmittel.
Wie vorstehend erläutert, ist die Menge des primären Oxidationsmittel, das durch den Brenner oder die Brenner eingeblasen wird, so gewählt, daß die Sauerstoffmenge, die es bereitstellt, unterhalb der Menge liegt, die zur vollständigen Verbrennung des eingeleiteten Brennstoffes erforderlich ist. Das Verhältnis vom primären Oxidationsmittel zum Brennstoff hängt natürlich von der Sauerstoffkonzentration des primären Oxidationsmittels ab und kann auch schwanken abhängig von der Natur des flüssigen Abfallmaterials, das bearbeitet wird. Im allgemeinen beträgt der Sauerstoff, der durch das primäre Oxidationsmittel bereitgestellt wird, 50 bis 99,9 der stöchiometrischen Erfordernis. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, um verbrauchte oder verunreinigte Schwefelsäure zu behandeln, stellt der Sauerstoff, der im Strom des primären Oxidationsmittels bereitgestellt wird, bevorzugt zwischen 80 und 95% der stöchiometrischen Erfordernis bereit, wobei 80% der stöchiometrischen Erfordernis oder darum herum besonders bevorzugt sind.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden atomisierte Strahlen von flüssigem Abfallmaterial in den Ofen durch eine Vielzahl von Lanzen eingespritzt, die mit Atomisierdüsen versehen sind. Die Atomisierlanzen sind in der gleichen Endwand des Ofens montiert wie der beziehungsweise die Brenner und sind um den beziehungsweise die Brenner herum angeordnet (daß heißt, zwischen den Brennern und der Ofenseitenwand). Die Ausrichtung der Atomisierlanzen ist derart, daß das flüssige Abfallmaterial entlang dem Ofen in einer Strömungsrichtung eingespeist wird, die im wesentlichen die gleiche ist wie die des primären Oxidationsmittels und des Brennstoffes. In der Praxis bedeutet das, daß die Atomisierlanzen mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ofens angeordnet sind.
Die Atomisierlanzen erzeugen einen Vorhang oder Schleier aus einer Sprühwolke aus flüssigem Abfall, der dazu neigt, die Ofenseitenwand von der direkten Hitze der Flamme abzuschirmen oder davor zu schützen, insbesondere im Bereich des Brenners. Infolgedessen kann die Ofenwandtemperatur unter der gehalten werden, bei der die Ofenauskleidung beschädigt wird. Zum Beispiel ist es für eine Ofenauskleidung, die aus feuerfesten Ziegeln hergestellt ist, die 65% Aluminiumoxid enthalten, wichtig, daß ihre Temperatur auf unter 1400ºC gehalten wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt die Abschirmungswirkung der Sprühwolke aus flüssigem Abfall, daß Ofenwandtemperaturen beträchtlich unterhalb von 1400ºC erhalten werden, zum Beispiel zwischen 1000 und 1150ºC.
Das Leiten des flüssigen Abfallmaterials um die Brenner herum kann auch gewisse andere Vorteile bereitstellen. Zum Beispiel kann das Problem der Flammeninstabilität, das auftreten kann, wenn das flüssige Abfallmaterial direkt in die Flamme eingespritzt wird, überwunden werden. Darüber hinaus neigt im Bezug auf die Verarbeitung von verbrauchter Schwefelsäure das unerwünschte NOx dazu, sich in den heißeren Bereichen zu bilden. Wenn also die verbrauchte Schwefelsäure direkt in die heiße Flamme gesprüht wird, werden leicht nicht annehmbare Mengen von NOx erzeugt. Im Gegensatz dazu neigt das NOx dazu, sich beim Versprühen der verbrauchten Schwefelsäure um die Brenner herum nur in geringen Pegeln zu bilden, da der direkte Kontakt zwischen der eingespritzten Säure und der heißen Flamme, die von dem Brenner beziehungsweise den Brennern ausgeht, im wesentlichen vermieden wird. Im Endeffekt wird die Säure in die heiße Zone in der Umgebung der Flamme eingespritzt und dort der weniger intensiven Hitze ausgesetzt, die von der Flamme ausgestrahlt oder auf andere Weise übertragen wird. Darüber hinaus kann das Richten der verbrauchten Schwefelsäure auf die Umgebung der Brenner auch die Bildung von unerwünschtem Schwefeltrioxid verhindern.
Bevorzugt sind die Atomisierlanzen einheitlich oder gleichmäßig im Ofen verteilt, zum Beispiel können sie auf gleiche Abstände von der Hauptachse des Ofens gebracht werden und auf gleiche Abstände voneinander. Die Anzahl der Atomisierlanzen, die um die Brenner herum verteilt sind, sollte natürlich genügend groß sein, um die erforderliche, thermische Abschirmung zwischen der primären Verbrennungszone und der Ofenseitenwand zu erzeugen. Bevorzugt sollte die Entfernung zwischen den jeweiligen Atomisierlanzen so eingestellt sein, daß im wesentlichen eine Wechselwirkung und ein Zusammenfließen zwischen benachbarten Sprühwolken aus flüssigem Abfall vermieden wird.
Wirksame Atomisierung des flüssigen Abfallmaterials ist wichtig für wirksame Verbrennung. Wenn zum Beispiel das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von verbrauchter Schwefelsäure verwendet wird, bewirkt der Atomisiergrad die Umwandlung der verbrauchten Schwefelsäure ins gewünschte Schwefeldioxid. In der Praxis sollten die Tröpfchen des flüssigen Abfallmaterials, das bei der Atomisierung erzeugt wird, klein genug sein, so daß innerhalb ihrer Aufenthaltsdauer im Ofen das flüssige Abfallmaterial sowohl verdampft als auch vollständig zersetzt werden kann. Im Fall der verbrauchten Schwefelsäure bedeutet das, daß die Tröpfchen klein genug sein sollten, um eine vollständige thermische und oxidative Zersetzung der Schwefelsäure, des Ammoniumsulfates und des Ammoniumbisulfates während der Aufenthaltsdauer zu erlauben. Die optimale Größe der Tröpfchen kann natürlich abhängig von der Natur des flüssigen Abfallmaterials, das verbrannt werden soll, varüeren. Allerdings ist im Fall der verbrauchten Schwefelsäure die Atomisierung bevorzugt so durchzuführen, daß sie Tröpfchen mit einer Größe von weniger als 500 µm ergibt. Wenn die hergestellten Tröpfchen eine Größe von mehr als 500 µm aufweisen, kann nicht nur eine unvollständige Verbrennung sondern auch eine Beschädigung der feuerfesten Auskleidung aufgrund der Kondensation der Säure darauf auftreten.
Atomisierung des flüssigen Abfallmaterials kann bewirkt werden unter Verwendung von geradlinigen oder rechtwinkligen Atomisierlanzen. Beide Lanzensorten enden in einer Atomisierdüse und umfassen einen ersten Durchlaß oder eine erste Öffnung zum Einspeisen des flüssigen Abfallmaterials und einen zweiten Durchlaß oder eine zweite Öffnung zum Einspeisen des Atomisiergases in die Düse.
Obwohl ein beliebiges Gas nützlich eingesetzt werden kann, um das flüssige Abfallmaterial zu atomisieren, ist Luft oft bevorzugt im Hinblick auf ihre Verfügbarkeit. Wenn Luft als Atomisiermedium verwendet wird, muß ihre Wirkung im Gesamtsauerstoffhaushalt berücksichtigt werden, da sie einen entscheidenden Einfluß auf die Wirksamkeit des Verbrennungsprozesses aufweisen kann (siehe im folgenden). Allerdings wird im Rahmen der Erfindung nicht die Möglichkeit ausgeschlossen, daß Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet werden kann, um das flüssige Abfallmaterial zu atomisieren, wobei in diesem Fall das Atomisiergas auch den Strom des zweiten Oxidationsmittels ausmachen kann. Bevorzugt allerdings wird Luft verwendet, um die atomisierten Sprühwolken herzustellen, und der Strom des zweiten Oxidationsmittels wird in den Ofen über getrennte Lanzen eingespeist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann atomisiertes, flüssiges Abfallmaterial zusätzlich in anderen Positionen entlang dem Ofen bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann der Ofen auch Atomisierlanzen umfassen, die in den Seitenwänden montiert sind. Ein besonders geeigneter Ofen zur Verwendung in der Erfindung umfaßt (a) den essentiellen primären Satz von Atomisierlanzen, die in der Ofenendwand um den Brenner herum angeordnet sind und atomisierte Strahlen aus flüssigem Abfallmaterial in einer Strömungsrichtung bereitstellen, die im wesentlichen die gleiche ist, wie die des primären Oxidationsmittels und des Brennstoffes, und (b) einen oder mehrere sekundäre Sätze von Atomisierlanzen, die vom Brenner auf Abstand gesetzt und in den Seitenwänden des Ofens montiert sind.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das Defizit an Sauerstoff im primären Oxidationsmittelstrom ausgeglichen, indem ein sekundärer Oxidationsmittelstrom in den Ofen durch Lanzen eingebracht wird, die von dem Brenner beziehungsweise den Brennern auf Abstand gehalten sind. Normalerweise werden für diesen Zweck getrennte Lanzen bereitgestellt, und diese sind bevorzugt in der gleichen Endwand des Ofens wie der beziehungsweise die Brenner angebracht, und besonders bevorzugt sind sie rund um den beziehungsweise die Brenner zwischen dem Brenner beziehungsweise den Brennern und den Atomisierlanzen zum Einspritzen des flüssigen Abfalls angebracht. Die Ausrichtung der Lanzen, die das zweite Oxidationsmittel einspeisen, ist bevorzugt so, daß das Oxidationsmittel in den Ofen in einer Strömungsrichtung eingeblasen wird, die im we sentlichen die gleiche ist wie die des primären Oxidationsmittels und des Brennstoffes. In der Praxis bedeutet das, daß die Lanzen, die das sekundäre Oxidationsmittel bereitstellen, mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zu den Hauptachsen des Ofens angeordnet sind. Bevorzugt sind die Lanzen, die das sekundäre Oxidationsmittel bereitstellen, auf gleichen Abstand von der Hauptach se des Ofens und auf gleichem Abstand voneinander angebracht.
Die Menge des sekundären Oxidationsmittels, das im erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt wird, sollte wenigstens ausreichend sein, um das Sauerstoffdefizit auszugleichen, wobei Sauerstoff berücksichtigt werden soll, der mit dem Atomisiergas bereitgestellt wird, und deshalb insgesamt ausreichend Sauerstoff bereitstellen, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes und irgendwelcher verbrennbarer Spezies, wie zum Beispiel organischer Spezies, die im flüssigen Abfallmaterial vorhanden sind, zu bewirken. Allerdings kann es abhängig vom flüssigen Abfall, der verbrannt werden soll, wünschenswert sein, die Einspeisung des sekundären Oxidationsmittels so zu steuern, daß der Sauerstoff, der in den Ofen in dem primären und dem sekundären Oxidationsmittelstrom und der Atomisierluft (wenn sie verwendet wird) eingeblasen wird, einen Überschuß im Bezug auf die stöchiometrischen Erfordernisse bereitstellt. Die Verbrennung verbrauchter Schwefelsäure ist ein Beispiel eines solchen Verfahrens, wenn der stöchiometrische Überschuß des Sauerstoffs bevorzugt so eingestellt ist, daß die Verbrennungsgase, die den Ofen verlassen, zwischen 1 und 4 Vol -% Sauerstoff, bezogen auf den Trockengasgehalt, enthalten. Diese Überwachung des Sauerstoffüberschusses kann bewirkt werden durch Überwachen der Konzentration des Sauerstoffs in den Verbrennungsgasen, die den Ofen verlassen, und Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des sekundären Oxidationsmittels, so daß die Sauerstoffkonzentration innerhalb des gewünschten Bereiches bleibt. Bei der Verbrennung verbrauchter Schwefelsäure ist es wünschenswert, einen Sauerstoffüberschuß aufrecht zu erhalten, um das Abscheiden von Schwefel oder die Bildung von Schwefelwasserstoff zu vermeiden. Allerdings sollte der Sauerstoffüberschuß nicht so groß sein, das unerwünschtes NOx und Schwefeltrioxid in großen Mengen gebildet werden. Der Bereich von 1 bis 4 Vol.-%, der vorstehend besprochen wurden, begrenzt die Bildung des unerwünschten NOx und des Schwefeltrioxides, während er einen sicheren Abstand beim Betriebes gegenüber den stöchiometrischen Erfordernissen einhält.
Das sekundäre Oxidationsmittel kann ein beliebiges sauerstoffreiches Gas sein, aber es ist bevorzugt mit Sauerstoff angereicherte Luft oder im wesentlichen reiner Sauerstoff. Das primäre Oxidationsmittel sollte eine Sauerstoffkonzentration von wenigstens 22 Vol.-% besitzen, zum Beispiel von 22 bis 66 Vol.-%. So gilt zum Beispiel, wenn das primäre Oxidationsmittel eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff enthält, daß der Sauerstoffgehalt, wenn er als prozentuales Verhältnis des Volumens des Sauerstoffes zum Gesamtvolumen von Sauerstoff und Stickstoff ausgedrückt wird, wenigstens 22% betragen sollte. Bevorzugt sollte das primäre Oxidationsmittel einen Sauerstoffgehalt von wenigstens 40 Vol.-% besitzen, zum Beispiel wenigstens 66 Vol.-%, und besonders bevorzugte Ausführungsformen haben eine überschüssige Sauerstoffkonzentration oberhalb dieses Wertes und insbesondere deutlich oberhalb dieses Wertes, zum Beispiel wenigstens 90 Vol.-%. Im wesentlichen reiner Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von wenigstens 99,5 Vol.-% ist besonders bevorzugt zur Verwendung als sekundäres Oxidationsmittel, da dieses es vermeidet, überflüssige Gase, wie zum Beispiel, Stickstoff in den Ofen einzuspeisen.
Ohne sich auf irgendeine Theorie festlegen zu wollen, wird vermutet, daß die Einspeisung des sekundären Oxidationsmittelstromes eine sekundäre Verbrennungszone erzeugt, in der irgendwelche verbrennbaren Spezies, die in dem flüssigen Abfallmaterial vorhanden sind, wie zum Beispiel organische Spezies, verbrannt werden.
In dem Fall, in dem das flüssige Abfallmaterial, das verarbeitet werden soll, verbrauchte Schwefelsäure ist, kann auch flüssiger Schwefel in den Ofen über eine oder mehrere Lanzen eingespeist werden, um zusätzliches Schwefeldioxid zu erzeugen.
Die Temperatur, bei der der Ofen betrieben wird, kann gesteuert werden und so innerhalb eines Temperaturbereiches beibehalten werden, der geeignet ist für die Behandlung eines gegebenen flüssigen Abfallmaterials, aber unterhalb der maximalen Betriebstemperatur der Ofenauskleidung liegt.
Wenn das flüssige Abfallmaterial, das behandelt wird, verbrauchte Schwefelsäu re ist, wird die Ofentemperatur bevorzugt im Bereich von 850 bis 1200ºC gehalten. Wenn die Ofentemperatur unter 850ºC liegt, ergibt sich leicht eine unvollständige Verbrennung, was zu hohen Pegeln von nicht umgesetztem Ammoniumsulfat und zur Bildung von nicht annehmbaren Pegeln von Schwefeltrioxid führt. Temperaturen oberhalb von 1200ºC führen leicht zur Bildung von nicht annehmbaren Mengen von NOx. Insbesondere sollte die Betriebstemperatur des Ofens im Bereich von 1000 bis 1100ºC gehalten werden und besonders bei 1050ºC oder darum um.
Die gewünschte Ofentemperatur kann erreicht und beibehalten werden, indem eine Kontrolle im Bezug auf die Geschwindigkeit der Brennstoffeinspeisung relativ zur Geschwindigkeit der Einspeisung von flüssigem Abfallmaterial durchgeführt wird. So kann, wenn die Geschwindigkeit der Einspeisung von flüssigem Abfall in den Ofen konstant gehalten wird, die Brennstoffströmungsgeschwindigkeit nachgeregelt werden, sobald die Temperatur vom gewünschten Wert abdriftet. Diese Steuerung kann mit Hilfe eines Computersystems bewirkt werden, das auf Informationen reagiert, die von Temperatursonden bezogen werden, die im Ofen angebracht sind, indem es die Strömungsgeschwindigkeit des Treibstoffes einstellt, zum Beispiel durch Betrieb eines Ventils.
Die Hitze, die im Ofen durch Verbrennen von Brennstoff und Oxidationsmittel erzeugt wird, verdampft das flüssige Abfallmaterial und zersetzt dann dieses Material, wodurch verschiedene Sauerstoff enthaltende Verbrennungsprodukte erzeugt werden, die weiter verarbeitet werden können. Zum Beispiel wird verbrauchte Schwefelsäure, die im allgemeinen 20 bis 90 Gew.-% Schwefelsäure und 10 bis 80 Gew.-% Verunreinigungen, die einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe, Wasser, Ammoniumsulfat und Ammoniumbisulfat einschließen, enthält, im Ofen zersetzt, wobei sich Schwefeldioxid, Kohlendioxid, Wasser und Restmengen von NOx und vielleicht Schwefeltrioxid bilden. Die verbrauchte Schwefelsäure hat typischerweise eine Verweilzeit im Ofen von 1 bis 6 Sekunden und bevorzugt von 2 bis 4 Sekunden. Die Verweilzeiten innerhalb dieser Bereiche wurden für ausreichend beftinden, um eine vollständige Verbrennung unter normalen Umständen bereitzustellen.
Das flüssige Abfallmaterial kann vorkonzentriert sein, bevor es in den Ofen eingespeist wird, um wenigstens einen Teil des Wassers und der flüchtigen organischen Materialien, die darin enthalten sind, zu entfernen. Vorkonzentrieren kann insbesondere bevorzugt sein, wenn verbrauchte Schwefelsäure im Ofen behandelt wird.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, um verbrauchte Schwefelsäure zu behandeln, ist der Ofen, in dem der Prozeß abläuft, normalerweise Teil einer SAR-Einrichtung. In einer solchen Einrichtung werden die gasförmi gen Verbrennungsprodukte, die den Ofen verlassen, durch eine Gasreinigungseinheit geleitet (einen Wäscher und einen Trockner), um das Wasser zu entfernen. Nach der Entfernung des Wassers wird der Gasstrom, der das Schwefeldioxid enthält, durch einen katalytischen Konverter geleitet, worin das Schwefeldioxid mit Sauerstoff umgesetzt wird, um Schwefeltrioxid zu erzeugen. Das sich ergebende Produkt wird dann durch einen Absorptionsturm geleitet, in dem das Schwefeltrioxid umgesetzt wird, um Schwefelsäure und/oder Oleum durch das Kontaktverfahren zu erzeugen. Vor dem Einleiten in die Gasreinigungseinheit können die gasförmigen Verbrennungsprodukte durch einen Abwärmesieder oder eine andere Wärmeaustauschereinrichtung geleitet werden, um die Gas zu kühlen und Abwärme zurückzugewinnen. Der im Abwärmesieder erzeugte Dampf kann verwendet werden, um eine Turbine zu treiben, die wiederum einen Kompressor oder ein Gebläse betreibt, der beziehungsweise das den eingebrachten Zug erzeugt, der nötig ist, uni die Gase durch die SAR-Anlage zu ziehen. Eine solche Anordnung stellt eine signifikante Einsparung bei der Verwendung von elektrischer Energie bereit. Alternativ kann der erzeugte Dampf auch verwendet werden, um Kompressoren in einer Luftzerlegungsanlage anzutreiben.
Ein Typ eines Ofens, der verwendet werden kann, um das erfindungsgemäße Verfahren zu implementieren, wird nun im folgenden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 eine Ansicht des Ofens darstellt, wenn vom Ausgangsende desselben herab zum Brennerende gesehen wird.
In Fig. 1 umfaßt der Ofen einen ziegelausgekleideten Zylinder (1), in dem am einen Ende drei Brenner (2), drei Oxidationsmittellanzen (3) zum Einblasen eines sekundären Oxidationsmittels in den Ofen und fünf Atomisierlanzen (4) zum Einblasen von flüssigem Abfallmaterial in den Ofen angeordnet sind.
Die Brenner (2) erstrecken sich durch die Endwandung (5) des Ofens und sind in Richtung auf die Mitte der Wandung um die Hauptachse des Ofens herum angeordnet. Die Ausrichtung der Brenner (2) ist so, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ofens angeordnet sind. Die Brenner umfassen einen inneren Durchlaß (2A) und einen äußeren, ringförmigen Durchlaß (28) zum Einspeisen des primären Oxidationsmittels beziehungsweise des Brennstoffes. Die drei Brenner (2) sind einheitlich im Ofen verteilt, wobei sie im wesentlichen auf gleichen Abstand von der Hauptachse des Ofens und im wesentlichen auf gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.
Die Oxidationsmittellanzen (3) erstrecken sich durch die Endwand (5) des Ofens und werden um die Brenner (2) herum angeordnet. Die Ausrichtung der Oxidationsmittellanzen (3) ist so, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ofens stehen. Die Oxidationsmittellanzen (3) sind einheitlich im Ofen verteilt, wobei sie im wesentlichen auf gleichen Abstand von der Hauptachse des Ofens und im wesentlichen auf gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.
Die fünf Atomisierlanzen (4) erstrecken sich durch die Ofenendwand (5) und sind um die Brenner (2) herum angeordnet. Die Ausrichtung der Atomisierlanzen (4) ist so, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ofens stehen. Die Atomisierlanzen (4) sind im wesentlichen einheitlich im Ofen verteilt, wobei sie im wesentlichen auf gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.
Die Ausrichtung der Brenner (2), der Oxidationsmittellanzen (3) und der Atomisierlanzen (4) ist so, daß sie ihre jeweiligen Flüssigkeiten entlang der Ofenachse einspritzen, so daß das Material beim Vorrücken durch den Ofen im wesentlichen ein axiales Strömungsmuster beschreibt. Darüber hinaus ist die Anordnung der Brenner (2) und der Lanzen (3, 4) im Ofen im wesentlichen einheitlich, was für einen Pfropfenströmung sorgt und große Rezirkulation im Ofen vermeidet.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, ist aber nicht darauf begrenzt.
Für die Beispiele gilt folgendes:
Es wurde verbrauchte Schwefelsäure, die die folgenden Komponenten in den dargestellten Mengen enthielt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt.
Der verwendete Ofen ähnelte dem, der in Fig. 1 veranschaulicht ist. Der Hauptkörper des Ofens war ein ziegelausgekleideter Zylinder, der mit seiner Hauptachse im wesentlichen horizontal angeordnet war. Der Ofen war mit drei Sauerstoff-Erdgas-Brennern ausgerüstet, die sich durch die Endwand des Ofens erstreckten und in Richtung auf die Mitte der Endwand und mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ofens ausgerichtet waren. Die Brenner umfaßten einen zentralen Durchlaß zum Einblasen von technisch reinem Sauerstoff und einen äußeren Durchlaß zum Einblasen von Erdgas. Auch erstreckten sich durch die Ofenendwand drei Abfallinjektoren zum Einleiten der verbrauchten Schwefelsäure und zwei Sauerstofflanzen zum Einleiten von technisch reinem Sauerstoff. Die Abfallinjektoren und die Lanzen umringten die Brenner und waren im wesentlichen parallel zu Hauptachse des Ofens angeordnet. Die Abfallinjektoren endeten in einer Atomisierdüse, die so gestaltet war, daß sie Tröpfchen mit einer Größe hauptsächlich im Bereich von 100 bis 200 µm erzeugte. Die Anordnung der Abfallinjektoren wurde so eingerichtet, daß die verbrauchte Schwefelsäure, die sie einspritzten, einen Vorhang aus Sprühwolken erzeugte, der dazu neigte, die Ofenwand von der direkten Erhitzung der Flammen abzuschirmen, die von den Brennern abgegeben wurden.

Beispiel 1

Der Ofen, der vorstehend beschrieben wurde, wurde verwendet, um verbrauchte Schwefelsäure zu verarbeiten, die in die Brenner mit einer Geschwindigkeit von 87,0 l/h eingespeist wurde. Luft wurde verwendet, um die Schwefelsäure zu atomisieren, und diese wurde den Abfallinjektoren in einer Geschwindigkeit von 15,1 Nm³/h zugeführt. Erdgas (das 97,12 Gew.-% Methan, 0,95 Gew.-% Ethan, 0,19 Gew.-% Propan, 0,15 Gew.-% Kohlendioxid und 1,95 Gew.-% Stickstoff enthielt) und technisch reiner Sauerstoff wurden den Brennern mit einer Geschwindigkeit von 13,13 Nm³/h beziehungsweise 22,06 Nm³/h zugeführt. Die Brenner wurden so unterstöchiometrisch betrieben, wobei die Sauerstoffzufuhr 80% der stöchiometrischen Erfordernis bereitstellte, das heißt 80% des gesamten Sauerstoffes, der für die vollständige Verbrennung des Erdgases erforderlich ist. Technisch reiner Sauerstoff wurde den Sauerstofflanzen mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 7,8 Nm³/h zugeführt, um das Sauerstoffdefizit auszugleichen und insgesamt einen stöchiometrischen Überschuß davon bereitzustellen. Die Temperatur der Ofenwand wurde in verschiedenen Entfernungen von den Brennern überwacht. Temperaturen von 969ºC, 1047ºC und 1015ºC wurden aufgezeichnet in Entfernungen von 0,5 m, 1,5 m beziehungsweise 2,0 m von den Brennern. Die Temperatur der heißen Gase, die den Ofen verließen, wurde ebenfalls überwacht, und es wurde gefunden, daß sie 1040ºC betrug. Diese heißen Gase wurden auch analysiert und es wurde gefunden, daß sie, bezogen auf das trockene Gas, 2 Vol.-% Sauerstoff, 33 Vol.-% Kohlendioxid, 24,13 Vol.-% Schwefeldioxid und 50 ppm Stickstoffoxide enthielten, wobei Stickstoff den Rest ausmachte.

Beispiel 2

Der Ofen, der vorstehend beschrieben wurde, wurde verwendet, um verbrauchte Schwefelsäure zu verarbeiten, die in die Brenner mit einer Geschwindigkeit von 87,0 l/h eingespeist wurde. Luft wurde verwendet, um die Schwefelsäure zu atomisieren, und diese wurde den Abfallinjektoren in einer Geschwindigkeit von 15,1 Nm³/h zugeführt. Erdgas (das 97,12 Gew.-% Methan, 0,95 Gew.-% Ethan, 0,19 Gew.-% Propan, 0,15 Gew.-% Kohlendioxid und 1,95 Gew.-% Stickstoffenthielt) und technisch reiner Sauerstoff wurden den Brennern mit einer Geschwindigkeit von 14,27 Nm³/h beziehungsweise 20,98 Nm³/h zugeführt. Die Brenner wurden so unterstöchiometrisch betrieben, wobei die Sauerstoffzufuhr 70% der stöchiometrischen Erfordernis bereitstellte, das heißt 70% des gesamten Sauerstoffes, der für die vollständige Verbrennung des Erdgases erforderlich ist. Technisch reiner Sauerstoff wurde den Sauerstofflanzen mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 12,5 Nm:³/h zugeführt, um das Sauerstoffdefizit auszugleichen und insgesamt einen stöchiometrischen Überschuß davon bereitzustellen. Die Temperatur der Ofenwand wurde in verschiedenen Entfernungen von den Brennern überwacht. Temperaturen von 990ºC, 1039ºC und 1020ºC wurden aufgezeichnet in Entfernungen von 0,5 m, 1,5 m beziehungsweise 2,0 m von den Brennern. Die Temperatur der heißen Gase, die den Ofen verließen, wurde ebenfalls überwacht, und es wurde gefunden, daß sie 1035ºC betrug. Diese heißen Gase wurden auch analysiert und es wurde gefunden, daß sie, bezogen auf das trockene Gas, 2,1 Vol.-% Sauerstoff, 36,0 Vol.-% Kohlendioxid, 25,55 Vol.-% Schwefeldioxid und 60 ppm Stickstoffoxide enthielten, wobei Stickstoff den Rest ausmachte.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von flüssigem Abfallmaterial durch Verbrennung desselben in einem Ofen (1) zur Erzeugung eines Stromes von Verbrennungsgas, das im wesentlichen frei von flüssigem Abfallmaterial ist, an einem Ausgang des Ofens, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

(a) Versorgen des Ofens (1) durch wenigstens einen Brenner (2), der in einer Endwandung (5) desselben angeordnet ist, mit einem Strom aus einem primären Oxidationsmittel, der von dem wenigstens einen Brenner in einer ersten Strömungsrichtung eingeblasen wird und wenigstens 22% v/v Sauerstoff enthält, zusammen mit einem Brennstoffstrom, der von dem wenigstens einen Brenner in im wesentlichen der gleichen Richtung wie der ersten Strömungsrichtung eingeblasen wird,

(b) Verbrennen des Brennstoffes, um so eine Hitzequelle zu erzeugen,

(c) Einstellen des Verhältnisses des primären Oxidationsmittels zum Brennstoff auf einen solchen Wert, daß der Strom des ersten Oxidationsmittels nicht ausreichend Sauerstoff bereitstellt, um die vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken,

(d) Einspeisen eines Stromes aus flüssigem Abfallmaterial in den Ofen (1) durch eine Vielzahl von Atomisierlanzen (4), so daß das flüssige Abfallmateijal von den Atomisierlanzen in Form von atomisierten Strahlen eingeblasen wird, wobei die Atomisierlanzen in der Endwandung rund um den wenigstens einen Brenner (2) angeordnet sind, so daß das Material im wesentlichen in der gleichen Richtung wie der ersten Richtung eingeblasen wird, und

(e) Versorgen des Ofens mit einem Strom eines zweiten Oxidationsmittels, das wenigstens 22% v/v Sauerstoff enthält, durch eine Vielzahl von Oxidationsmittellanzen (3), die in einem solchen Abstand von dem wenigstens einen Brenner (2) gehalten werden, daß die Strömung des ersten Oxidationsmittels ergänzt und dadurch eine ausreichende Menge Sauerstoff bereitgestellt wird, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken, ünd worin die Ströme in den Ofen (1) in solchen Geschwindigkeiten ünd an solchen Positionen eingespeist werden, däß das Moment, das mit den eingebrachten Materialien assoziiert ist, im wesentlichen einheitlich über den Ofenquerschnitt verteilt ist, wodurch eine Pfropfenströmung von Material durch den Ofen von der Endwandung (5) zum Ausgang bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Ströme in den Ofen mit einer Einblasgeschwindigkeit von weniger als 100 m s&supmin;¹ in den Ofen eingebrächt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin der wenigstens eine Brenner einen zentralen Durchlaß, der in Verbindung mit einem ersten Einlaß steht, und einen äußeren ringförmigen Durchlaß, der in Verbindung mit einem zweiten Einlaß steht, umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der wenigstens eine Brenner (2) einen zentralen Durchlaß, einen dazwischenliegen den, nngförmigen Durchlaß (2A) und einen äußeren, ringförmigen Durchlaß (2B) umfaßt, und der Strom des Brennstoffes durch den zentralen und den äußeren, ringförmigen Durchlaß in den Ofen eingeleitet wird und der Strom des primären Oxidationsmittels durch den dazwischenliegenden, ringförmigen Durchlaß in den Ofen eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin 10 bis 30 % des Stroms des Brennstöffes durch den zentralen Durchlaß eingeleitet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Brennstoff ausgewählt ist aus Brennöl, Pröpan und Erdgäs.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Atomisierlänzen mit einem Strom aus einem Atomisiergas versorgt werden, das verwendet wird, um das flüssige Abfallmaterial zu atomisieren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Atomisiergas Luft ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das sekundäre Oxidationsmittel durch die Oxidationsmittellanzen in den Ofen eingeblasen wird in einer Richtung) die im wesentlichen die gleiche Richtung ist, wie die des ersten Stroms.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9; worin die Ströme des primären und des sekundären Oxidationsmittel und des Atomisiergases (wenn verwendet) eine Menge an Sauerstoff bereitstellen, die einen Überschuß der stöchiometrischen Menge darstellt, die erforderlich ist, um eine vollständige Verbrennung zu bewirken.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das flüssige Abfallmaterial verbrauchte Schwefelsäure darstellt, die zwischen 20 und 90 Gew.-% Schwefelsäure und von 10 bis 80 Gew.-% Verunreinigungen beinhaltet, und die Hitze, die durch die Verbrennung des Brennstoffes freigesetzt wird, dazu verwendet wird, um die Schwefelsäure zu dissoziieren und ein Verbrennungsgas zu erzeugen, das Schwefeldioxid enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die verbrauchte Schwefelsäure im Ofen in Tröpfchen mit einer Größe von unter 500 µm atomisiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, worin die verbrauchte Schwefelsäure eine Verweilzeit im Ofen von 1 bis 6 s hat.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin das Verbrennungsgas, das den Ofen verläßt, 1 bis 4 Vol.-% Sauerstoff enthält, bezogen auf das trockene Gas.

15. Verfahren nach einem Ansprüche 11 bis 14, das weiter umfaßt, daß ein Strom aus flüssigem Schwefel durch wenigstens eine Lanze in den Ofen eingespeist wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das weiter eine Serie von Rückgewinnungsstufen umfassen, worin

(i) das Verbrennungsgas, das den Ofen verläßt, durch eine Gasreinigungseinheit geleitet wird, um Wasser zu entfernen, um einen getrockneten Gasstrom zu erzeugen,

(ü) der getrocknete Gasstrom durch einen katalytischen Konverter geleitet wird, um das Schwefeldioxid katalytisch mit Sauerstoff im katalytischen Konverter umzusetzen, um einen mit Schwefeltrioxid beladenen Strom zu erzeugen, und

(üi) der mit Schwefeltrioxid beladene Strom durch einen Kontaktprozeß geleitet wird, um Schwefelsäure und/oder Oleum zu erzeugen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, worin das Verbrennungsgas dem indirekten Wärmeaustausch unterworfen wird, bevor es durch die Gasreinigungseinheit geleitet wird, wodurch Abwärme zurückgewonnen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Abwärme verwendet wird, um Dampf zu erzeugen, der dann verwendet wird, um Drehenergie bereitzustellen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin das primäre und/oder das sekundäre Oxidationsmittel einen Sauerstoffgehalt im Bereich von 22 bis 66 Vol.-% v/v aufweist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin das primäre und/oder sekundäre Oxidationsmittel einen Sauerstoffgehalt von wenigstens 40 Vol.-% v/v enthält.

21. Verfahren nach Anspruch 20, worin das primäre und/oder sekundäre Oxidationsmittel einen Sauerstoffgehalt von wenigstens 66 % v/v enthält.

22. Ofen (1), geeignet zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, der mit einer Brennstoffversorgung, einer Versorgung für das primäre Oxidationsmittel und einer Versorgung für das sekundäre Oxidationsmittel verbunden ist, wobei der Ofen eine Endwandung (5), eine Vielzahl von Oxidationsmittellanzen (3), einen Ausgang und ein Steuersystem umfaßt, worin

(a) die Endwandung in sich wenigstens einen Brenner (2) und eine Vielzahl von Atomisierlanzen (4) um den wenigstens einen Brenner herum angeordnet besitzt,

(b) der wenigstens eine Brenner (2) mit der Brennstoffversorgung und der Versorgung mit dem primären Oxidationsmittel verbunden ist und in der Lage ist, im Betrieb einen Brennstoffstrom in eine erste Richtung und einen Strom des primären Oxidationsmittels in im wesentlichen die gleiche Richtung wie die erste Richtung zu richten,

(c) die Vielzahl der Atomisierstrahlen (4) mit der Versorgung mit flüssigem Abfallmaterial verbunden ist und in der Lage ist, im Betrieb einen Strom des flüssigen Abfallmaterials in atomisierte Strahlen umzuwandeln und die atomisierten Strahlen entlang einer Richtung zu leiten, die im wesentlichen die gleiche Richtung ist wie die erste Richtung,

(d) die Vielzahl von Oxidationsmittellanzen (3) mit der Versorgung mit dem zweiten Oxidationsmittel verbunden sind und auf Abstand zu dem wenigstens einen Brenner (2) gebracht sind und

(e) das Steuersystem in der Lage ist, die Geschwindigkeiten, mit denen Brennstoff, primäres Oxidationsmittel, sekundäres Oxidationsmittel und flüssiges Abfallmaterial in den Ofen eingespeist werden, zu steuern, so daß im Betrieb der Strom des primären Oxidationsmittels keine ausreichende Menge Sauerstoff bereitstellt, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken, der Strom des zweiten Oxidationsmittels den Strom des ersten Oxidationsmittels ergänzt, so daß ausreichend Sauerstoff bereitgestellt wird, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken, und das Moment, das mit den eingebrachten Materialien assozijert ist, im wesentlichen einheitlich über den Ofenquerschnitt verteilt ist, wodurch eine Pfropfenströmung von Material von der Endwandung zum Ausgang bewirkt wird.

23. Ofen nach Anspruch 22 mit einer horizontalen Hauptachse.

24. Ofen nach einem der Ansprüche 22 oder 23, worin der wenigstens eine Brenner in Richtung auf die Mitte der Endwan dung oder um die Hauptachse des Ofens herum positioniert ist.

25. Ofen nach Anspruch 24, der drei Brenner umfaßt.

26. Ofen nach Anspruch 25, worin die Brenner gleichen Abstand von der Hauptachse des Ofens und gleichen Abstand voneinander aufweisen.

27. Ofen nach einem der Ansprüche 22 bis 26, worin jede der Vielzahl von Atomisierlanzen mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ofens angeordnet sind.

28. Ofen nach einem der Ansprüche 22 bis 27, worin die Vielzahl von Oxidationsmittellanzen in der Endwandung des Ofens angeordnet sind.

29. Ofen nach Anspruch 283 worin die Vielzahl von Oxidationsmittellanzen um den wenigstens einen Brenner herum und zwischen dem wenigstens einen Brenner und der Vielzahl von Atomisierlanzen angeordnet sind.

30. Ofen nach Anspruch 29, worin jede der Vielzahl der Oxidationsmittellanzen gleichen Abstand von der Hauptachse des Ofens und gleichen Abstand voneinander aufweisen.