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Verfahren zur Aufarbeitung von organische Stoffe enthaltenden Abwässern
und Abfallaugen durch Behandlung mit Sauerstoff enthaltenden Gasen bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem Druck Bekanntlich hängt die Ableitung von Abwässern, beispielsweise
von Sulfitablauge und von Abwässern aus der Milchverarbeitung, mit dem Problem der
Gewässerverschmutzung zusammen, das mittels der bisher bekannten Verfahren nicht
gelöst werden konnte. Diese Verfahren, wie z. B. die Eindampfung der Abwässer und
Verbrennung der Rückstände, haben sich als zu kostspielig erwiesen. Diese Verfahren
werden zwar zur Vermeidung von Gesetzesübertretungen in gewissen Fällen angewendet.
Trotz der Gewinnung einiger Nebenprodukte ist es nicht möglich, mit diesen Verfahren
Überschüsse zu erzielen. Ihre Durchführung ist im Gegenteil oft mit einem großen
Kostenaufwand verbunden. Ein weiteres wichtiges und schwieriges Problem der Verbrennung
von Abfallstoffen, das bisher nicht gelöst werden konnte, besteht darin, Sauerstoff
mit brennbaren Substanzen in solcher Weise zusammenzubringen, daß eine vollständige
Oxydation erfolgt, während gleichzeitig die so zugeführte Sauerstoffmenge vollständig
oder so weit wie nur möglich ausgenutzt wird.
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Es ist zwar bereits bekannt, aus der Ablauge von Sulfitzellstoff-Fabriken
So bis 9o% der darin enthaltenen organischen und anorganischen Produkte als verschwelbare
oder verbrennbare Feststoffe
durch Behandlung mit Luft oder Sauerstoff
unter derart erhöhtem Druck (etwa 2o at) und derart erhöhter Temperatur (etwa 2oo°
C) zu gewinnen, daß die in der Ablauge befindliche schweflige Säure zu Schwefelsäure
oxydiert wird, welche ihrerseits das in der Ablauge gelöste Lignin in für die trockene
Destillation geeigneter Form ausfällt. Man kann die Behandlung hierbei äuch bis
zur »Naßverkohlung« des Lignins zu einem Brennstoff mit 6ooo bis 7000 Cal Heizwert
treiben. Die verbleibende Flüssigkeit kann ohne weiteres als Abwasser in den Vorfluter
abgeführt werden.
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Aus der schwedischen Patentschrift 9o 896 ist es weiterhin bekannt,
daß durch eine solche Oxydation unter Druck die organische Substanz sowohl der Sulfitlauge
als auch der Sulfatlauge vollständig zu Kohlensäure verbrannt werden kann. Demgegenüber
stellt das Verfahren nach der Erfindung jedoch eine neue technisch fortschrittliche
Lehre dar.
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Mit der Erfindung wird dagegen bezweckt, ein Verfahren zur Behandlung
eines abfallführenden Abwassers unter Vermeidung des Eindampfens bzw. Entwässerns
zu schaffen, bei dem die organischen oxydierbaren Stoffe in abfallführenden Abflüssen
vollständig bzw. praktisch vollständig zu nicht weiter oxydierbaren Verbindungen,
wie Kohlendioxyd und Wasser, oxydiert werden (Naßverbrennung). Mit der vorliegenden
Erfindung wird außerdem bezweckt, einen Krafterzeugungskreislauf zu schaffen, für
welchen als Energiequelle verdünnte wäßrige Dispersionen oxydierbarer -Substanzen
verwendet werden.
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Die Erfindung besteht darin, in ein abfallführendes, organische Stoffe
enthaltendes Abwasser kontinuierlich unter Überdruck und in einer zwischen 232 und
374° C liegenden Temperatur gehaltenen Reaktionszone ein gasförmiges, freien: Sauerstoff
enthaltendes Oxydationsmittel einzuführen. Dabei soll die Menge des freien Sauerstoffes
mindestens gleich derjenigen Menge sein, die zur Überführung praktisch des gesamten
im abfallführenden Abwasser enthaltenen Kohlenstoffes in Kohlendioxyd und des gesamten
in den organischen Beimengungen des Abwassers enthaltenen Wasserstoffes in Wasser
theoretisch erforderlich ist. Das Verfahren beruht auf der sich selbst unterhaltenden
Oxydation der oxydierbaren Stoffe in wäßriger Dispersion, d. h. der flammenlosen
Verbrennung der in Wasser dispergierten oxydierbaren Stoffe.
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Allgemein ist zu bemerken, daß die Erfindung auf eine große Mannigfaltigkeit
von Abfallstoffen verschiedenartiger industrieller und häuslicher Herkunft Anwendung
finden kann. Es ist nicht möglich, eine erschöpfende Aufzählung der verschiedenartigen
Abwässer, auf die die Erfindung anwendbar ist, zu geben. Von den zahlreichen Abwässern,
die nach der vorliegenden Erfindung behandelt werden können, seien als Beispiele
genannt Sulfitablauge und Kraftablauge aus der Papier- und Papierstoffabrikation,
städtische Abwässer, Abflüsse aus Schlachthäusern, Abwässer aus Anlagen zur Herstellung
synthetischer und sonstiger Chemikalien und Produkten, wie Kunstharze, Kautschuk,
Farbstoffe, Pharmazeutika, und die bei der Herstellung zahlreicher Produkte aus
Milch und Milchfeststoffen anfallenden Abwässer.
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Werden diese Abwässer in natürliche Gewässer, wie Ströme und Seen,
übergeführt, so übersteigt der biochemische Sauerstoffbedarf dieser Abwässer oft
den in solchen Gewässern vorhandenen Sauerstoffvorrat. Dabei wird der Sauerstoffgehalt
des Wassers erschöpft, was zur Folge hat, daß in den betroffenen Abschnitten die
Fische und die Pflanzen absterben. Das natürliche Gleichgewicht zwischen Sauerstoffzufuhr
und Sauerstoffbedarf wird manchmal auf eine Entfernung von mehreren Kilometern von
der Einmündung der Fabrikabwässer gestört. Diese Erscheinung tritt wegen der großen
Menge der im Abwasser mitgeführten Abfallstoffe, insbesondere bei der Einleitung
der Abwässer, von Papierstoffabriken in den Vorfluter auf.
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Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, daß bei ihrer Anwendung
das Volumen der Sulfitablauge oder anderer Abwässer nicht verkleinert zu werden
braucht, also die Durchführung von Hilfsoperationen, wie Entwässerung oder Eindampfung,
sich erübrigt. Die Verbrennung erfolgt zwar nicht im herkömmlichen Sinne, sondern
in der Form einer flammenlosen Vereinigung von Sauerstoff mit den organischen Stoffen,
in Gegenwart der diese enthaltenden Flüssigkeit und unter gleichzeitiger Freigabe
nutzbarer Wärmeenergiemengen. Die Erfindung bietet den weiteren Vorteil, daß die
gesamten organischen und anorganischen Stoffe, die in der Sulfitablauge bzw. in
einem anderen Abwasser enthalten sind, vollständig bzw. praktisch vollständig zu
Endprodukten oxydiert werden, die nicht weiter oxydiert werden können. Das erfindungsgemäße
Verfahren unterscheidet sich somit vorteilhaft von den Verfahren der teilweisen
Oxydation, insbesondere von den Verfahren, bei denen ein Katalysator verwendet wird,
da bei ihm kein Katalysator benötigt oder benutzt wird.
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Die Menge an zugeführtem Sauerstoff ist gleich der für die Überführung
der gesamten organischen brennbaren Stoffe des Abwassers in ihre Oxydationsendprodukte,
wie Kohlendioxyd, Wasser usw., theoretisch erforderlichen Menge oder etwas größer
als diese Menge bemessen, die durch Analyse der Abfallstoffe leicht zu ermitteln
ist.
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Das Verfahren wird bei einer Temperatur zwischen 232° C und der kritischen
Temperatur des Wassers (37q.° C), jedoch vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa
249 bis 333° C und unter Drücken, die genügend hoch sind, um das Wasser in der Reaktions-
bzw. Verbrennungszone praktisch vollständig in der flüssigen Phase zu halten, durchgeführt.
Die Abfallstoffe und das Oxydationsmittel werden mit solcher Geschwindigkeit in
die Verbrennungszone eingeleitet, daß eine praktisch vollständige Oxydation mindestens
der organischen Substanz der Abfallstoffe erfolgt, bevor sie die Verbrennungszone
verlassen.
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In jenen Fällen, in denen der Gehalt der wäßrigen Abfalldispersion
an brennbaren Stoffen zu gering ist, um die Verbrennung zu unterhalten,
kann
man anderes brennbares Material, wie Ölschlamm, zerkleinerte organische Abfallstoffe,
Kohlenstaub usw., in genügender Menge zusetzen, um in den oben angeführten Temperaturbereichen
ein kontinuierliches Arbeiten zu ermöglichen. Die Anwendung des Verfahrens auf das
Aufarbeiten (Reinigen) von organische Stoffe enthaltenden Salzsolen ist möglich.
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Bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit oxydierbaren Stoffen
in verdünnter wäßriger Dispersion kann man eine vollständige Oxydation bei einer
verhältnismäßig tiefen Temperatur erzielen und beträchtliche Wärmeenergiemengen
erzeugen, die größer sind als die zur Aufrechterhaltung der Oxydationsreaktionen
erforderlichen Wärmemengen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden außerdem
zahlreiche Stoffe, die bisher als unbrauchbar und lästig betrachtet wurden, nicht
nur nutzbar, sondern auch zu gesuchten Produkten gemacht. Diese Abfallstoffe können
von nun an als Ersatz für die herkömmlichen Brennstoffe, wie Kohle, Öl und Gas,
verwendet werden. Dadurch wird eine Schonung natürlicher Rohstofflager ermöglicht
und zugleich eine Abfuhrmöglichkeit für diese Abfallstoffe geschaffen.
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Der das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnende Nutzeffekt beruht
teilweise darauf, daß ein großer Teil der zur Ausführung der bisher bekannten Verfahren
zur Umwandlung wäßriger Dispersionen von kohlenstoffhaltigen Substanzen in Wärme-
und mechanische Energie 'verwendeten energieverbrauchenden Ausrüstung wegfällt.
Während bei den früher auf diesem Gebiet entwickelten Verfahren durch mehr oder
weniger komplizierte Operationen durch Einengung dieser kohlenstoffhaltigen Stoffe
der bisher immer als unerwünscht angesehene Wassergehalt derselben vermindert wurde,
bildet beim erfindungsgemäßen Verfahren dieser Wassergehalt einen wesentlichen Faktor
bei der Umwandlung der kohlenstoffhaltigen Materialien in nutzbare Energie.
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Durch die Erfindung kann auch Dampfenergie aus gepulverte Kohle geringer
Qualität -enthaltenden wäßrigen Flüssigkeiten erzeugt werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oxydation bzw. Verbrennung
der verdünnten, wäßrigen, kohlenstoffhaltigen Materialien ohne Konzentrierung ausgeführt.
Dies bedeutet, daß die Verdampfungswärme, die bei den Verfahren, die auf der Einengung
der Abwässer beruhen, benötigt wird, nicht mehr zugeführt zu werden braucht. Da
die zur Zuführung der Verdampfungswärme benötigte Energie bei den herkömmlichen
Verfahren aber den Hauptteil des Wärmeenergiebedarfes bildet, stellt die Neuerung
einen wichtigen Schritt vorwärts dar, da das neue Verfahren selbsttätig diesen Energiebedarf
gleichsam aus eigenen Mitteln deckt.
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Ein weiterer wichtiger Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens vor
den herkömmlichen Verfahren beruht auf der Tatsache, daß die gesamte Menge der durch
die Oxydation des kohlenstoffhaltigen Materials gelieferten Wärmeenergie ohne Zwischenschaltung
eines herkömmlichen Wärmeaustaus.chers unmittelbar durch das Wasser absorbiert wird.
Bei der Entwicklung der Wärmeenergie im Innern eines wäßrigen Körpers, statt außerhalb
desselben, fallen die Wärmeenergieverluste fort, die naturgemäß bei allen Wärmeaustauschern
auftreten, in denen die zu erhitzende Flüssigkeit von der Wärmeenergiequelle durch
eine Metallwand getrennt ist.
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Die Zeichnung stellt ein Schema dar, das eine Ausführungsmöglichkeit
der Erfindung unter Verwendung von Sulfitablauge aus Papierstoffmühlen veranschaulicht.
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Unabhängig- davon, ob der Hauptzweck die Energieerzeugung oder die
Entfernung unerwünschter kohlenstoffhaltiger Materialien aus industriellen Abwässern
sein soll, ist das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise vorteilhaft. Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren in seiner Anwendung auf die Behandlung
von Abwässern von Papierstofffmühlen beschrieben.
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Das in der Zeichnung dargestellte Schema erläutert ein Ausführungsbeispiel,
bei dem 1135,5 1 gewöhnliche Sulfitablauge pro Minute zugeführt werden. Diese Ablauge
wird unter einem Druck von 98 bis Io5 kg/cm2 in einen Reaktionsbehälter gepumpt,
der aus einem vertikalen Turm bestehen kann und derart konstruiert ist, daß er Drücke
bis zu beispielsweise Zoo at aufnehmen kann. Benötigen benachbarte Anlagen eine
große Menge heißen. Wassers, so wird Luft oder irgendein sonst geeignetes sauerstoffhaltiges
Gasgemisch komprimiert und durch Zwischenkühler in Wärmeaustausch mit kaltem Wasser
gebracht. Die Luft wird hierauf unter dem gleichen Druck wie die Sulfitablauge in
den Reaktionsbehälter eingedrückt.
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Der Druck im Reaktionsbehälter ist genügend groß, um praktisch alles
Wasser in der flüssigen Phase zu halten. Je nach dem Verhältnis der Mengen des Sauerstoffes
und der brennbaren Substanzen im Speisegemisch kann es gegebenenfalls nötig sein,
zu Beginn der Reaktion die Temperatur im Reaktionsbehälter auf die Entzündungstemperatur
eines gegebenen Brennstoffes unter dem angewendeten Druck zu steigern. Sie hält
sich jedoch. im allgemeinen automatisch auf einem Punkt, der zwischen etwa 26o°
C und der kritischen Temperatur des Wassers liegt. Im Falle der Sulfitablauge läßt
sich eine Temperatur von 26o bis 3I5,5° C mit Leichtigkeit aufrechterhalten.
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Der Reaktionsbehälter ist mit einem Ablaß versehen, der zu einem ersten
Abscheider führt, aus dem die festgehaltenen Gase, einschließlich Stickstoff und
Kohlendioxyd, und Wasserdampf in gewünschter Menge durch eine Teilturbine für Zwecke
der Energieerzeugung abgelassen werden. Die Abgase dieser Turbine können zwecks
Erzeugung von Wasserdampf für den Betrieb einer benachbarten Anlage durch einen
Wärmeaustauseher und von da nach einem zweiten Abscheider geführt werden. Aus dem
zweiten Abscheider wird zusätzlicher Wasserdampf bei einer Temperatur von etwa L49°
C zusammen mit den permanenten Gasen
zwecks Erzeugung weiterer Energie
durch eine Abgasturbine abgelassen. Man leitet das nicht abgelassene Wasser aus
dem zweiten Abscheiden durch ein Drosselventil in einen dritten Abscheider und läßt
Wasserdampf ab, der für benachbarte Anlagen verwendet werden kann. Das verbleibende
heiße Wasser, -das eine Temperatur von etwa I33° C aufweist, kann als heißes Wasser
in benachbarten Anlagen verwendet werden.
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Die aus dem ersten Abscheiden abgelassene Flüssigkeit wird in einen
vierten Abscheiden geführt, aus welchem Wasserdampf bei einer Temperatur von etwa
I35° C fürbenachbarte Anlagen abgelassen wird. Die aus dem vierten Abscheiden abgelassene
Flüssigkeit wird zwecks Befreiung von suspendierten anorganischen Festkörpern filtriert.
Das filtrierte Wasser kann für benachbarte Anlagen verwendet werden.
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Im Schema sind die Mengen, Temperaturen und Drücke der verschiedenen
Materialien angegeben, um dem mit diesem Arbeitsgebiet vertrauten Fachmann die Erfindung
leichter verständlich zu machen.
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Bei der ersten Stufe des Verfahrens wird der Reaktionsbehälter mindestens
teilweise mit Flüssigkeit beschickt. Diese Flüssigkeitscharge wird hierauf unter
Verwendung geeigneter Mittel, beispielsweise mittels eines Ölmantels, z. B. auf
eine Temperatur von 26o bis 288° C erhitzt. Dann wird das Erhitzen der Flüssigkeit
unterbrochen und komprimierte Luft in den Reaktionsbehälter eingeführt. Beim Eintritt
der komprimierten Luft in den Reaktionsbehälter wird die Oxydation der brennbaren
Substanzen in Gang gesetzt. Die Reaktion läuft dann von selbst weiter, ohne - daß
weitere Wärme von außen zugeführt werden muß. In gewissen Fällen kann es auf Grund
der Bauart des Reaktionsbehälters und der Zugänglichkeit von Brennstoffen gerechtfertigt
sein, von außen Wärme zuzuführen oder in die zu behandelnden wäßrigen oxydierbaren
Materialien. Brennstoff einzuspritzen. _ Die Luft kann durch eine einzige Öffnung
-im Boden des Reaktionsgefäßes eingelassen werden. Sie wird jedoch vorzugsweise
durch einen Dispersionskopf zugeführt, um eine innige Dispergierung der Luft in
der Flüssigkeit zu erzielen. Bepweckt wird eine gründliche Dispersion bzw. Diffundierung
der Luft in der Flüssigkeit, um die Oxydation aller kohlenstoffhaltigen Moleküle
oder anderer brennbarer Substanzen in der Flüssigkeit sicherzustellen. Wenn gewünscht,
kann man mehrere untereinander verbundene Reaktionszonen verwenden. Die Oxydation
der Kohlenstoffverbindungen verursacht den Zerfall der komplizierten kohlenstoffhaltigen
Moleküle in die Endprodukte Wasser und Kohlendioxyd.
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Die der Ausgangscharge von Abfallflüssigkeit zu Beginn zugeführte
Wärme bildet einen wesentlichen Faktor, da die Oxydationsreaktion nicht einsetzt,
sofern die Flüssigkeit nicht auf oder über die Temperatur der Autoxydation der brennbaren
Materialien erhitzt wird. Vorausgesetzt, daß die Flüssigkeit unter einem Druck gehalten,
wird, der genügend hoch ist, um das Wasser praktisch in der flüssigen Phase zu halten,
liegt diese Entzündungstemperatur-im Minimum bei etwa I6o° C. Der optimale Bereich
der angewandten Temperatur liegt zwischen 232 und 330'C. Die drei wesentlichen Faktoren
zur Einleitung der Operation bestehen darin, a) die wäßrige Dispersion einem Druck
zu unterwerfen, .der genügend hoch ist, um einen beträchtlichen Teil des Wassers
im flüssigen Zustand zu halten, b) die Flüssigkeit auf eine Temperatur zwischen
232 und 374º C zu erhitzen, bei der die Autoxydation der brennbaren Substanzen rasch,
d. h: in wenigen Sekunden oder einem Bruchteil einer Sekunde, eintritt, und c) eine
angemessene Menge des gasförmigen Oxydationsmittels, wie z. B.. Luft oder sonstwie
im, gewünschten -Maß verdünnter Sauerstoff, zumindest in jener Menge zuzuführen,
die zur Überführung des gesamten, im brennbaren Material enthaltenen Kohlenstoffes
in Kohlendioxyd und des Wasserstoffs in Wasser theoretisch erforderlich ist. . ..
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Beim Verlassen des Reaktionsbehälters tritt die Flüssigkeit in den
ersten Abscheiden einer Reihe von Abscheidern. In jedem Abscheiden wird der Druck
um einen bestimmten Betrag reduziert, so daß die Abscheiden einer Reihe von- Druckreduktionsstufen
entsprechen. Im ersten Abscheiden wird der Druck genügend reduziert, um die Gase,.wie
Stickstoff und Kohlendioxyd, zusammen mit der gewünschten Menge Hochdruckwasserdampf
abzulassen. Anschließend wird Dampf bei verschiedenen Drücken abgelassen. Die Art
und Weise, wie der entwickelte Wasserdampf nutzbar gemacht wird, ist für die vorliegende
Erfindung unwesentlich, sofern der Wasserdampf nach erfolgter Oxydationsreaktion
abgelassen wird. Die bei der Oxydation der brennbaren Materialien anfallende Wärme
ist größer als die zur Erhitzung der in den Reaktionsbehälter eingeführten Flüssigkeit
auf eine Temperatur, bei der die Autoxydation der Rohflüssigkeit einsetzt, erforderliche
Wärme. Wegen dieser anfallenden Wärme, die, sobald die Reaktion eingesetzt hat,
als Energiequelle dient, kann die Flüssigkeit selbst bei Raumtemperatur, d. h. bei
etwa 2i° C, in den Reaktionsbehälter eingeführt werden. Die bei der bereits im Reaktionsbehälter
erfolgenden Oxydationsreaktion entwickelte Wärme genügt, um die Temperatur der eintretenden
Flüssigkeit auf die Verbrennungstemperatur der darin enthaltenen kohlenstoffhaltigen
oder anderen Materialien, wie z. B. Schwefel, zu bringen.
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Um das Verfahren bezüglich der Wärmeenergieerzeugung wirksamer zu
gestalten, kann man die eintretende Flüssigkeit mittels eines Wärmeaustauschers,
der durch den aus dem letzten Abscheiden nach Abgabe der gebundenen Gase und des
entwickelten Wasserdampfes abgelassenen Abfluß gespeist wird, vorheizen. Der aus
dem letzten Abscheiden abgelassene Abfluß weist eine Temperatur von etwa 93° C auf.
Obwohl die Flüssigkeit bei der Zellstoffabrikation normalerweise bei etwa 88° C
abgelassen wird und bei dieser Temperatur in den Reaktionsbehälter eingeführt werden
kann, wird
das erfindungsgemäße Verfahren auch dann in wirksamer
Weise arbeiten, wenn auf Raumtemperatur, d. lh. auf etwa 21' C, abgekühlte Flüssigkeit
zugeführt wird. Sollen die kühleren Flüssigkeiten vorgeheizt werden, so kann man
den aus dem Abscheider abgelassenen Abfluß als Wärmequelle verwenden, und zwar mittels
eines Wärmeaustauschers, zum Erhitzen der eintretenden Flüssigkeiten. Auf diese
Weise muß ein geringer Betrag der im Reaktionsbehälter entwickelten Wärme zur Aufwärmung
der frischen Flüssigkeit auf die Temperatur, bei der die Autoxydation einsetzt,
verwendet werden. Diese Wärmeenergie kann zur Erzeugung größerer Mengen Wasserdampf
ausgenutzt werden. Kalorien können auch durch Isolierung der Reaktionsbehälter und
der Leitungen eingespart werden. Diese konstruktiven Feinheiten der Anlage zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Verbesserungen, die sich auf die Steigerung
des Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehen und das Prinzip des
Verfahrens, nach dem sich eine Oxydation von verdünnten, wäßrigen, brennbaren Substanzen
mit Erfolg durchführen läßt, nicht berühren.
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Die Oxydation des brennbaren Materials wird also durch flammenlose
Autoxydation unter Verwendung der Ablauge in der Form, wie sie bei der Zellstoffherstellung
abgelassen wird, durchgeführt. Ein Eindickungsvorgang ist nicht erforderlich. Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, wäßrige Dispersionen von Kohlenstoff
oder Kohlenstoff enthaltenden Stoffen, deren Brennwert größer ist als die spezifische
Wärme des Wassers bei jener Temperatur, bei der die Oxydation sich zu unterhalten
beginnt, exotherm zu oxydieren. Während der Oxydation der kohlenstoffhaltigen Stoffe
wird die Flüssigkeit durch die bei der Oxydationsreaktion abgegebene Energie erhitzt.
Die Menge der in der Reaktionszone verdampften Flüssigkeit wird durch den darin
aufrechterhaltenen Druck bestimmt. Praktisch erfolgt die gesamte mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren einhergehende Verdampfung nach beendeter Oxydation des kohlenstoffhaltigen
Materials. Bei dieser Verdampfung wird somit nicht nur die bei der Oxydation der
Abfallstoffe anfallende Energie verbraucht, sondern gleichzeitig auch nutzbarer
Wasserdampf erzeugt. Diese Energie erzeugt somit ein wertvolles Endprodukt des Verfahrens,
statt durch ein wesentliches Betriebserfordernis des Verfahrens verbraucht zu werden.
Da die spezifische Wärme von Wasser im flüssigen Zustand verhältnismäßig klein ist,
und zwar um ein Vielfaches kleiner als die latente Wärme des Wassers in der Gasform
als Dampf, ist der Energiebedarf des erfindungsgemäßen Oxydationsverfahrens kleiner
als derjenige all jener Verfahren, bei welchen selbst nur geringe Mengen Wasser
verdampft werden müssen.
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Es folgt nun ein Beispiel für die Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens: Die verwendete Apparatur weist eine Pumpe für die wäßrige Dispersion
von Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltenden Stoffen, einen Luftkompressor, einen
mit einem Ölmantel versehenen, turmförmigen Reaktionsbehälter, der mit Mitteln zur
periodischen Entfernung von Niederschlägen ausgerüstet ist, und eine Abblasekammer
zur Aufnahme des Reaktionsproduktes aus dein Reaktionsbehälter auf.
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Beim Anlassen der Apparatur wird Luft unter einem Druck von etwa I05
kg/cm2 in das Reaktionssystem eingelassen. Man erhitzt das den Reaktionsbehälter
umgebende Ölbad auf etwa 28o° C und füllt den Reaktionsbehälter zu etwa zwei Drittel
mit Sulfitablauge.
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Der Sulfitablauge wurde Calciumhydroxyd in. einer zur Überführung
des Schwefels in Calciumsulfat genügenden Menge. zugesetzt. Die Ablauge weist die
folgenden Analysenwerte auf
| k9/1 |
| Feststoffgehalt ............. o,086 |
| (4445 kcal/kg) |
| Kohlenstoff ............... 0,032 |
| Schwefel .................. o,oo5 |
| Calcium ................... 0,0I0 |
| Asche ..................... 0,023 |
| Sauerstoffbedarf (Jodatwert) 0,103 |
| PH = 9,4, spezifisches Gewicht = 1,042. |
Wenn die Flüssigkeit im Reaktionsbehälter eine Temperatur von etwa 270° C erreicht
hat, so pumpt man eine genügende Menge Ablauge in das Reaktionssystem, um dieses
mit Flüssigkeit zu- füllen. Das Erhitzen des Öles wird unterbrochen; worauf dem
Reaktionsbehälter Luft unter einem Druck von etwa Io5 kg/cm2 und einer Temperatur
von etwa 30° C zugeführt wird. Die Geschwindigkeit der Luftzufuhr beträgt I8I,3
kg pro Stunde, entsprechend 41,67 kg Sauerstoff pro Stunde. Ablauge wird bei einer
Temperatur von etwa 88° C unter einem Druck von etwa 1o5 kg/cm2 mit einer Geschwindigkeit
von etwa 29,5 1 pro Stunde in den Reaktionsbehälter gepumpt.
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Das gefällte Calciumsulfat wird periodisch aus dem Reaktionsbehälter
entfernt. Die den Reaktionsbehälter verlassende Flüssigkeit wird in die Abblasekammer
geführt. Aus dieser Kammer werden die permanenten Gase, wie Stickstoff und Kohlendioxyd,
und die überschüssige Luft zusammen mit Wasserdampf bei einem Druck von etwa I05
kg/cm2 abgeblasen. Der Abfluß aus der Abblasekammer und der kondensierte Dampf zusammen
mit den permanenten Gasen weist einen Sauerstoffbedarf von weniger als 20/o des
Sauerstoffbedarfes der rohen Sulfitablauge auf.
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Der Abffluß aus der Abblasekammer beträgt o,695 kg pro Liter der in
den Reaktionsbehälter eingeführten Flüssigkeit und weist eine Temperatur von 282°
C auf. Das abgeblasene gasförmige Gemisch enthält 0,264 kg Wasser pro Liter zugeführter
Flüssigkeit unter einem Druck von 1o5 kg/cm2. Die Wärmebilanz für eine Charge von
6481 ist die folgende
| Eingangsenergie: - |
| 6481 X o,086 kg Feststoffe pro - |
| Liter X 4445 kcal /kg . . . . . . . . = 248 000- kcal |
| Zurückgewonnene Energie: . |
| I7o kg Abdampf |
| (282° C) |
| X 667 kcal /kg . . = II3 500 kcal |
| 450 kg Abfluß |
| (282° C) |
| X 264 kcal/kg . . -- II9 ooo - 232 500 - |
| Abstrahlung und Verluste .... I55oo.kcal |
Diese Zahlen wurden auf Grund der Temperatur, erhöhung des Kühlwassers, durch das
der Abfluß und das Kondensat des abgeblasenen Gasgemisches hindurchgeleitet wurden,
nachgeprüft. Die effektive Ausbeute betrug 93,4°/o des theoretischen Brennwertes
. des. brennbaren Materials in Form von nutzbarer Wärmeenergie. Der Betrag. der
Ausbeute, der die nach anderen Verfahren- zur Verbrennung solcher Materialien erzielbare
Zahl wesentlich übersteigt, ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in großtechnischen Anlagen insbesondere wegen der Verminderung der Abstrahlungsverluste
sogar noch höher. -Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in ähnlicher Weise, wie
für die Sulfitablauge beschrieben, unter Verwendung v an »Masonit«-Holzstoffablauge,
Molke aus der Käseherstellung, -»Kraft«-Ablauge (Schwarzlaugen), Abfallölen, letztere
in einer Konzentration von o,66 kg pro Liter Wasser und wäß rigen Kohlendispersionen
ausgeführt. Während -die minimalen Anlaß- bzw. Entzündungstemperaturen etwas schwankten,
verlief-das Verfahren in allen Fällen glatt und mit Wirkungsgraden von: 95% oder
mehr des theoretisch Erreichbaren bei Temperaturen von 269 bis 287° C.
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Am Schluß jeder der- obigen Oxydationsreaktionen verblieb eine gewisse
kleine Sauerstoffmenge, d. h. weniger als 2°/o des ursprünglichen biochemischen
Sauerstoffbedarfes. Selbst dieser - kleine Sauerstoffbetrag kann, wenn das Verfahren
im größeren Maßstab durchgeführt wird, = beseitigt werden.
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Die in einem besonderen Fall erzielten Resultate sind abhängig von
der Beschaffenheit des brennbaren Materials der der Behandlung unterworfenen Dispersion
oder des Abwassers und insbesondere von der darin enthaltenen Menge des oxydierbaren
organischen Materials. Diese Materialmenge muß mindestens so groß sein, daß sie
bei der Oxydation genug Wärmeenergie liefert, um die Temperatur in der Reaktionszone
über der Entzündungstemperatur des behandelten Materials zu halten, und kann leicht
aus dem Brennwert der Feststoffe der wäßrigen Dispersion berechnet werden sofern
nicht Wärme von' außen zugeführt wird. Die bestimmten Beträge der zur Auslösung
und Aufrechterhaltung einer selbsttätigen Oxydationsreaktion erforderlichen Temperatur-
und- des Druckes sind von der Beschaffenheit- des -gewählten brennbaren` Material'
abhängig. '-Obwohl - im - vorangehenden als Oxydationsmittel' komprimierte Luft
genannt w rd, ist zu `betonen,' daß auch komprimierter Sauerstoff oder -irgendein
anderes" komprimertes gasförmiges 0xydationsmittel, -' das 'freien Sauer stoff enthält,
verwendet werden kann: Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen. Verfahrens
besteht darin, daß aus wäßrigen Abfällen, beispielsweise aus städtischen. Abwässern,
praktisch steriles; nutzbares Wasser gewonnen werden kann. Dadurch wird in jenen
`Fällen, in denen die -Wasserzufuhr. beschränkt ist, wie'- dies manchmal -b#i der
städtischen Wasserversorgung und bei Abfallableitungssystemen der Fall ist, eine
Kreislauf= operation ermöglicht '' -