DE69311069T2

DE69311069T2 - Verfahren zur thermischen Behandlung einer Abfallflüssigkeit mit organischen Schadstoffen oder einer anorganischen Verbindung

Info

Publication number: DE69311069T2
Application number: DE69311069T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Lescuyer; Francois Paquet
Original assignee: Rhone Poulenc Chimie SA
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: FR2698156A1; JPH06213409A; DE69311069D1; NO934116D0; KR100189785B1; FR2698156B1; NO934116L; NO302972B1; EP0598639A1; EP0598639B1; FI108161B; JP2819232B2; DK0598639T3; FI935048A0; ES2105175T3; CA2103083A1; FI935048A7; GR3024089T3; KR940011040A; ATE153748T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Abstroms enthaltend umweltverschmutzende organische Stoffe und/oder eine anorganische Verbindung zur Rückgewinnung eines sauberen, von diesen organischen oder wiederverwertbaren Stoffen befreiten Abstroms.
Die Erfindung findet insbesondere bei der Behandlung von Abströmen der Methioninherstellung Anwendung.
Es ist bekannt, daß die chemische Industrie zahlreiche Verfahren verwendet, welche die Emission von Abflüssen oder Abströmen nach sich ziehen, die umweltverschmutzende organische Verunreinigungen enthalten. Aus offensichtlichen umweltschützerischen Gründen können diese Abströme nicht ohne Behandlung abgeleitet werden. Im übrigen können diese Abströme in bestimmten Fällen alleine oder mit den umweltverschmutzenden Stoffen kombiniert vorkommende, anorganische chemische Substanzen enthalten, deren Rückgewinnung interessant ist. In solchen Fällen ist es für die Wirtschaftlichkeit der Verfahren vorteilhaft, die Abströme auch derart behandeln zu können, daß die betreffenden chemischen Substanzen ausreichend von Verunreinigungen befreit werden, um rückgewinnbar zu sein, oder daß die Abströme gegebenenfalls in dem Verfahren unter Berücksichtigung ihres Reinheitsgrades nach der Behandlung wiederverwertet werden.
Unter den zur Behandlung von Abströmen mit organischen Verunreinigungen und/oder anorganischen Verbindungen eingesetzten Verfahren sind bestimmte, die diese Verunreinigungen verbrennen oder die anorganischen Verbindungen einer thermischen Behandlung unterziehen. Die Abströme werden beispielsweise in statische Turmöfen eingebracht, wo sie in einem warmen Gasstrom atomisiert werden, der beispielsweise aus der Verbrennung eines Heizöl/Luft-Gemisches resultiert. Die Schwierigkeit dieser Art von Verfahren besteht darin, daß die Kontakte zwischen Gas und Flüssigkeit aufgrund der jeweiligen Strombahnen der Gase und der Flüssigkeit vollkommen regellos erfolgen. Dies hat zur wesentlichen Folge, daß jeweils nur eine mangelhafte oder unvollständige Verbrennung oder thermische Behandlung der organischen Stoffe oder anorganischen Bestandteile ermöglicht wird. Hinsichtlich der Verbrennung liegt der Zerlegungsgrad im allgemeinen zwischen 96 und 98%, was im Hinblick auf neuere Umweltvorschriften unzureichend sein kann.
Die bekannten Verfahren können auch andere Schwierigkeiten mit sich bringen, insbesondere im Fall von Abströmen, die Salze wie beispielsweise Natriumsulfat als anorganische Verbindungen enthalten. In diesem Fall können sich diese Salze, sobald ihr Schmelzpunkt erreicht ist, auf der Vorrichtung absetzen und dadurch die Gefahr einer Verkrustung und einer Verstopfung der Vorrichtung nach sich ziehen, wobei diese Gefahr durch den korrosiven Charakter bestimmter Salze, wie eben des Natriumsulfats erhöht wird.
Es besteht daher Bedarf nach einem Behandlungsverfahren, dessen Wirksamkeit im Vergleich zu bestehenden Verfahren verbessert ist und dessen Durchführung sicherer ist.
Dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung eines Abstromes, der organische Stoffe oder eine anorganische Verbindung oder auch eine Mischung dieser Stoffe enthält, von der Art, bei der man in eine erste Zone ein erstes eine Verbrennung bewirkendes Fluid und ein brennbares Fluid einleitet, wodurch man eine Verbrennungsphase realisiert, wobei mindestens eines der Fluide in einer schraubenförmigen Bahn eingeleitet wird, und bei der man anschließend die Verbrennungsphase durch einen Engpaß in eine zweite Zone zwingt, wodurch man ihr eine schachtförmige Wirbelströmung mit einer Symmetrieachse verleiht, und bei der man den Abstrom in die axiale Symmetriezone der schachtförmigen Wirbelströmung einleitet, und ist dadurch gekennzeichnet, daß man des weiteren ein zweites eine Verbrennung bewirkendes Hilfsfluid in die axiale Symmetriezone einleitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erreichung von Zerlegungsgraden, die deutlich über 98% liegen und beispielsweise mindestens 99% und sogar mindestens 99,9% betragen.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervor, die unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen gemacht wird, in denen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren Brenners ist,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für jede Art von flüssigen oder gasförmigen Abströmen verwendbar. Es ist insbesondere für flüssige Abströme geeignet.
Es findet vor allem bei Abströmen Anwendung, die Verunreinigungen oder umweltverschmutzende organische, brennbare oder durch Temperatureinwirkung abbaubare Stoffe enthalten. Das Verfahren eignet sich insbesondere für den Fall, daß die in dem Abstrom enthaltenen Verunreinigungen schwefelhaltige organische Stoffe sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch insbesondere für Abströme angepaßt, die eine anorganische Verbindung enthalten, deren Rückgewinnung oder Wiederverwertung interessant sind. Als Beispiel können Abströme genannt werden, die ein Sulfat, insbesondere ein alkalisches Sulfat, wie etwa Natriumsulfat oder Restschwefelsäuren enthalten.
Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für Abströme verwendbar, die gleichzeitig organische Stoffe und anorganische Verbindungen enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit für die Behandlung von Abströmen verwendet werden, die von der Herstellung von Schwefel enthaltenden Aminosäuren stammen. Ein besonderes Beispiel ist die Behandlung von Abströmen der Methioninherstellung und insbesondere der Mutterlaugen aus der Kristallisation desselben. In letzterem Fall enthält der zu behandelnde Abstrom außer dem Natriumsulfat zahlreiche organische Verunreinigungen, wie etwa Abbauprodukte des Methionins mit einem oder mehreren Schwefelatomen. Im übrigen enthalten die von der Verbrennungsbehandlung jener weiter oben beschriebenen Art stammenden Gase eine beträchtliche Menge von Schwefelprodukten.
Als weiteres Beispiel für Abströme, die vorteilhafterweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können, sind jene zu nennen, die von der Herstellung bestimmter Ester mit Schwefelkatalyse, wie z.B. Ethylphthalat stammen, oder auch Mutterlaugen der Kristallisation bei der Herstellung von Itakonsäure.
Das Prinzip der erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden beschrieben.
Der erste Schritt der Verfahrens besteht darin, unter besonderen Bedingungen eine Verbrennungsphase herzustellen. Dazu leitet man in eine erste Zone ein erstes eine Verbrennung bewirkendes Fluid und ein brennbares Fluid ein.
Im allgemeinen werden diese beiden Fluide in gasförmigem Zustand verwendet. Gewöhnlich wird als erstes die Verbrennung bewirkendes Fluid Luft verwendet, die gegebenenfalls mit Sauerstoff angereichert ist. Das brennbare Fluid kann ein Gas wie etwa Methan oder Propan oder beispielsweise ein leichter Kohlenwasserstoff sein. Gewöhnlich wird Erdgas verwendet.
Im übrigen wird gemäß einem Merkmal der Erfindung mindestens eines der beiden Fluide, im allgemeinen das die Verbrennung bewirkende Fluid, in einer schraubenförmigen Bahn in die vorhergenannte Zone eingeleitet. Dieses Fluid wird gegenüber dem zuströmseitig herrschenden Druck mit geringem Überdruck in die zweite Zone eingeleitet. Dieser Überdruck beträgt im allgemeinen höchstens 1 bar und liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 bar.
Es wird die Entzündung des Brennstoffes und des die Verbrennung bewirkenden Stoffes bewirkt, und man erhält somit in der zuvor genannten ersten Zone eine Verbrennungsphase, die ihrerseits zu einer Bewegung entlang einer schraubenförmigen Bahn angeregt wird.
Diese Phase wird anschließend über einen Engpaß derart in eine zweite Zone geleitet, daß ihr eine schachtförmige Wirbelströmung mit einer Symmetrieachse verliehen wird. Diese schachtförmige Wirbelströmung entspricht nämlich einer Bewegung der Gase entlang einer Reihe von Bahnen, die mit Scharen von Erzeugenden eines Hyperboloids zusammenfallen. Diese Erzeugenden liegen auf einer Schar von Kreisen, die nahe bei und unterhalb des Engpasses liegen, bevor sie in alle Richtungen der zweiten Zone auseinanderlaufen.
Es ist festzustellen, daß sich infolge dieser Bewegung in einer im Verhältnis zu der Bahn der Gase axialen Symmetriezone ein relativer Unterdruck im Verhältnis zum Rest der ersten Zone bildet. Unter axialer Symmetriezone versteht man hier und im folgenden jene Zone, die sich in der Nähe der Symmetrieachse der genannten Bahn erstreckt.
Der zu behandelnde Abstrom wird in die axiale Symmetriezone der schachtförmigen Wirbelströmung eingeleitet. Vorzugsweise erfolgt diese Einleitung axial.
Des weiteren liegt die Einleitstelle vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Engpasses, zuströmseitig zu diesem oder auf demselben Niveau wie der genannte Engpaß.
Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung wird auch das zweite die Verbrennung bewirkende Fluid in die oben genannte axiale Zone eingeleitet. Das soeben über die Einleitstelle des Abstroms Gesagte gilt auch für das zweite die Verbrennung bewirkende Fluid. Vorzugsweise erfolgt auch diese Einleitung axial. Gemäß einer anderen besonderen Ausführungsform werden der Abstrom und die zweite die Verbrennung bewirkende Substanz koaxial eingeleitet.
Als zweite die Verbrennung bewirkende Substanz wird gewöhnlich reiner Sauerstoff verwendet. Trotzdem kann auch die Verwendung von Gemischen aus Sauerstoff und inertem Gas vorgesehen werden.
Aufgrund der Unterdruckwirkung in der Einleitzone des Abstroms wird dieser angesaugt, danach infolge einer Bewegungsübertragung vom Abstrom auf die Verbrennungsphase zerstäubt. Am Eingang der zweiten Zone erhält man somit eine gleich verteilte und praktisch unmittelbare Dispersion mit einem Spektrum feiner Teilchen, die danach homogen und rasch zerstäubt bzw. verdampft werden.
In der Praxis wird der Abstrom mit einer geringen Anfangsgeschwindigkeit eingeleitet, die vorzugsweise unter 10m/s und insbesondere bei 5m/s liegt, so daß die anfängliche Bewegungsgröße der Verbrennungsphase nicht allzu sehr erhöht werden muß, wobei das Verhältnis der Bewegungsgrößen dieser beiden Elemente mindestens gleich 100 ist, vorzugsweise zwischen 1.000 und 10.000 liegt.
Anderseits arbeitet man unter solchen Bedingungen, daß die vom Abstrom nach dem Zerstäuben bzw. Verdampfen erreichte Temperatur über der Selbstentzündungstemperatur desselben liegt.
Das Prinzip des In-Kontakt-Bringens der Verbrennungsphase mit dem Abstrom, wie es soeben beschrieben wurde, ist in den französischen Patentschriften Nr. 2257326, 2431321 und 2551183 genauer beschrieben.
Das In-Kontakt-Bringen des zerstäubten bzw. verdampften Abstroms und des zweiten die Verbrennung bewirkenden Fluids verursacht in der zweiten Zone sowohl die Verbrennung oder den Abbau der organischen Verunreinigungen als auch eine thermische Behandlung der anorganischen Verbindungen, wie etwa eine Trocknung, ein Schmelzen, eine thermische Zersetzung usw.
Beim Ausgang aus dieser zweiten Zone erhält man eine zweite, im wesentlichen gasförmige Phase, die aber eine Flüssigkeit und/oder einen festen Stoff enthalten kann und die in an sich bekannter Art und Weise behandelt wird, um die verwertbaren Verbindungen rückzugewinnen und die Beachtung der Abgasnormen zu gewährleisten.
Diese zweite Phase kann einer Abschreckung unterzogen werden. Sie kann auch derart abgekühlt werden, daß die festen Stoffe über einen Filter rückgewonnen werden können.
Schließlich kann das Gas mittels Berieseln mit jeder beliebigen geeigneten Flüssigkeit behandelt werden, um die Verunreinigungen oder vor der Ableitung störende Verbrennungsprodukte zu entfernen, beispielsweise um schwefelhaltige Substanzen wie SO aufzunehmen.
Um die Erfindung darzustellen und das soeben beschriebene Verfahren besser verständlich zu machen, wird ein Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt einen Brenner 1, der eine Brennkammer 2 umfaßt.
Diese Brennkammer wird durch einen äußeren Zylinder 3 und einen inneren koaxialen Zylinder 4 gebildet, die somit eine zentrale Zone und eine ringförmige periphere Zone 5 mit Öffnungen 6 begrenzen, welche auf mehrere axial voneinander beabstandete Kreise verteilt sind. Der obere Teil der Kammer 2 umfaßt auch einen Einlaß 7 zum Einleiten des brennbaren Fluids.
Die Brennkammer 2 ist außerdem in ihrem oberen axialen Teil mit einer Zufuhr 8 für Flüssigkeit oder Gas versehen, die in diesem Fall durch zwei koaxiale Leitungen 9 und 10 gebildet wird, die von einem isolierenden Überzug umgeben sind und jeweils zum Einführen des zu behandelnden Abstroms und des brennbaren Fluids dienen.
Die Kammer 2 endet zuströmseitig in einem Mischrohrkopf 11, der einen Hals 12 definiert, der den Übergang in eine zweite Zone 13 ermöglicht. Es läßt sich hier feststellen, daß bei der dargestellten Ausführungsform die Zufuhr 8 genau auf Höhe des Halses 12 mündet und auf der Symmetrieachse desselben angeordnet ist.
Die Funktion des oben beschriebenen Brenners ist wie folgt. Das erste die Verbrennung bewirkende Fluid wird über eine nicht dargestellte, in der ringförmigen Zone vorhandene Öffnung eingeleitet, dringt über die Öffnungen 6 in die Zone 2 ein und folgt danach der in Figur 1 dargestellten schraubenförmigen Bahn. Es mischt sich mit dem Brennstoff und das Gemisch wird mit jedem beliebigen bekannten Mittel, beispielsweise mit einer Zündkerze entzündet, zwischen deren Elektroden ein Funke auftritt.
Beim Durchtritt durch den Hals 12 wird die Verbrennungsphase zu der weiter oben beschriebenen schachtförmigen Wirbelströmung angeregt.
Der Abstrom wird bei 9 eingeleitet und trifft im wesentlichen auf Höhe des Halses 12 auf die Verbrennungsphase, wo er in eine Vielzahl von Tropfen gespalten wird, wobei jeder dieser Tropfen von einem Volumen der gasförmigen Verbrennungsphase transportiert wird.
Figur 2 zeigt die Einheit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Einheit umfaßt einen Brenner vom gleichen Typ wie der oben beschriebene, wobei das Element 14 das Zuflußröhrchen der die Verbrennung bewirkenden Substanz darstellt.
Zuströmseitig zu dem Brenner 1 wird die zweite Zone 13 durch einen Ofen 15 mit hitzebeständiger Wand gebildet. Dieser Ofen wird selbst durch eine Abschreckvorrichtung 16 verlängert, die beispielsweise eine mit Wasser funktionierende Vorrichtung, wie ein Zerstäubungsring sein kann.
Die Einrichtung umfaßt außerdem einen Behälter 17, der die Aufnahme und Trennung der Flüssigkeit von den Gasen gewährleistet. Diese verlassen die Einrichtung über den Abzug 18, der mit einer Berieselungsvorrichtung 19 ausgestattet ist. Der Abstrom wird über einen Ablaß 20 gesammelt. Er kann teilweise über ein Rohr 21 in Richtung der Abschreckvorrichtung 16 und/oder Berieselungsvorrichtung für die Gase wiederverwertet werden. Eine Leitung 22 ist für die Wasserzufuhr in die Einrichtung vorgesehen.
Im folgenden wird ein nicht einschränkendes Beispiel gegeben.

Beispiel

Es werden die Vorrichtungen aus den Figuren 1 und 2 verwendet.
Bei 9 wird ein Abstrom eingeleitet, der aus den Mutterlaugen der Methioninkristallisation besteht, deren Gewichtszusammensetzung folgende ist: Natriumsulfat (NaSO&sub4;): 18-22%; Methionin: 2-2,5%; organische Produkte: 5-15%; die Versuche wurden anhand von Proben gemacht, deren Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (COT) zwischen 45 und 80g/l beträgt. Unter 0,5 bar Druck stehende Luft wird über 14 eingeleitet, während Methan über 7 und Sauerstoff über 10 eingeleitet werden.
Folgende Durchsätze sind gegeben:
Im übrigen beträgt die Temperatur an der Basis der Abschreckvorrichtung 16 88ºC, jene im unteren Teil des Ofens 13 1100º C, was unter Berücksichtigung der thermischen Verluste der Einrichtung rechnerisch eine Temperatur von 1400ºC am Hals 12 und eine Flammentemperatur des Methans von 1680ºC am Brennerboden ergibt.
Aus den Analysen gehen folgende Ergebnisse hervor:
Man erhält eine nicht zerstörte Gesamtmenge an COT g/h d=b+c von 2,96 und damit eine Ausbeute (a-d)/a von 99,965% sowie eine Flüssigkeits-Ausbeute (a-c)/a von 99,978%. Es gilt schließlich festzustellen, daß die Abgase geruchlos sind.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung eines Abstromes, der organische Stoffe oder eine anorganische Verbindung oder auch eine Mischung dieser Stoffe enthält, wobei das Verfahren von derjenigen Art ist, bei der man in eine erste Zone ein erstes eine Verbrennung bewirkendes Fluid und ein brennbares Fluid einleitet, wodurch man eine Verbrennungsphase realisiert, wobei mindestens eines der Fluide in einer schraubenförmigen Bahn eingeleitet wird, und bei der man anschließend die Verbrennungsphase durch einen Engpaß in eine zweite Zone zwingt, wodurch man ihr eine schachtförmige Wirbelströmung mit einer Symmetrieachse verleiht, und bei der man den Abstrom in eine axiale Symmetriezone der schachtförmigen Wirbelströmung einleitet, dadurch gekennzeichnet, daß man des weiteren ein zweites eine Verbrennung bewirkendes Hilfsfluid in die axiale Symmetriezone einleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Abstrom und das zweite Fluid axial in die genannte Symmetriezone eingeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstrom und das zweite Fluid koaxial in die Symmetriezone eingeleitet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Abstrom behandelt, der als anorganische Verbindung ein Salz wie etwa ein Sulfat enthält, insbesondere ein Natriumsulfat.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abstrom eine Restschwefelsäure behandelt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Abstrom behandelt, der schwefelhaltige organische Substanzen enthält.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Abstrom behandelt, der aus der Herstellung von Methionin stammt, insbesondere die Mutterlaugen der Methioninkristallisation.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Bewegungsgröße der Verbrennungsphase zur Bewegungsgröße des Abstromes wenigstens gleich 100, vorzugsweise zwischen 1.000 und 10.000 ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man am Ausgang der zweiten Zone die in dieser zweiten Zone erhaltene zweite Phase einer Abschreckung unterzieht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als zweites eine Verbrennung bewirkendes Fluid Sauerstoff verwendet.