EP0212410B1 - Vorrichtung zum Verbrennen von Fluorkohlenwasserstoffen - Google Patents

Vorrichtung zum Verbrennen von Fluorkohlenwasserstoffen Download PDF

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EP0212410B1
EP0212410B1 EP86110737A EP86110737A EP0212410B1 EP 0212410 B1 EP0212410 B1 EP 0212410B1 EP 86110737 A EP86110737 A EP 86110737A EP 86110737 A EP86110737 A EP 86110737A EP 0212410 B1 EP0212410 B1 EP 0212410B1
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EP
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combustion chamber
reactor
bores
liquid
absorber
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EP0212410A3 (en
EP0212410A2 (de
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Siegismut Dr. Hug
Jürgen Dr. Korinth
Wolfgang Dr. Handke
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Solvay SA
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Hoechst AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/14—Gaseous waste or fumes
    • F23G2209/142—Halogen gases, e.g. silane

Definitions

  • the invention relates to a device for burning fluorocarbons consisting of a tubular reactor.
  • Cylindrical reactors made of nickel or nickel alloys for burning fluorine-containing carbon compounds are known.
  • the components to be converted are fed in at the top of the reactors and the hot gases leave the reactors on the opposite side and are fed to a cooling and absorption system via lines.
  • the invention is based on the objective of creating a device of the type mentioned at the outset from which salable hydrofluoric acid and / or hydrochloric acid can be removed.
  • a device which is characterized in that a burner system with feeds for a mixture of fluorocarbon and fuel gas and for flushing gas and oxygen or air is arranged at one end of the reactor, which delimits a combustion chamber at the end, which is close to the Burner system is provided with an ignition nozzle and devices for supplying and distributing liquid into the gas stream and onto the wall of the combustion chamber, to the combustion chamber an absorber made of cylindrical blocks with holes parallel to the reactor axis for the liquid product stream and the gas, which connects into a subsequent annular chamber open, which is provided with a nozzle for the removal of gas and liquid, and the other end of the reactor has an opening for pressure relief, which is connected via a channel to the combustion chamber.
  • the reactor can be surrounded by a cooling jacket.
  • the bores running parallel to the reactor axis can be arranged in rows in the radial direction and the blocks between adjacent rows of bores can have recesses.
  • the inlet side of the holes can be provided with overflow weirs.
  • Spray nozzles and overflow weirs arranged in the combustion chamber are suitable as devices for supplying and distributing liquid.
  • a liquid collector with an overflow weir for the absorber can be arranged between the combustion chamber and the absorber.
  • the advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that all types of fluorocarbons, including the non-combustible ones, are thermally cracked and the very corrosive cracked products such as HF, HCl and chlorine are obtained as salable products such as hydrofluoric acid and hydrochloric acid, and their origin, in particular the can be prevented by chlorine.
  • the reactor is compact and is divided into three functional areas: burner system, combustion chamber and absorption system.
  • the burner system (1) is arranged at the head of the reactor and delimits the combustion chamber (2) at the end.
  • the burner system can be designed as a swirl burner.
  • the gas and fuel gas to be burned are supplied via line (3) and oxygen or air via line (4).
  • the burner system (1) is surrounded by a housing (5) and aligned in the reactor so that the flame burns vertically from top to bottom.
  • the interior of the housing and the exterior of the housing (5) are supplied with purge gas via lines (6) and (7), which together with the annular gaps (8; 8a); to prevent corrosive products from flowing back to the burner system.
  • the burner system can be made of stainless steel or coated stainless steel.
  • the reactor is preferably made of graphite.
  • the section (A) of the reactor which serves as the combustion chamber (2), has an ignition nozzle (9) for igniting the flame in the vicinity of the burner system, as well as devices for supplying and distributing liquid.
  • liquid nozzles (10), (11) and (12) are suitable, with the aid of which liquid can be injected into the combustion chamber (2) and / or a channel (13) provided with an overflow weir (14), which can be is supplied with liquid.
  • the overflow weir (14) distributes the liquid as a thin film on the wall of the combustion chamber (2).
  • the combustion chamber can have a cooling jacket (15) which is provided with a coolant inlet (16) and coolant outlet (17).
  • the reactor section (A) forming the combustion chamber can be provided with an inspection opening (19) and a temperature measuring connection (20).
  • the length of the combustion chamber can be a multiple, for example 5 to 10 times the diameter of the combustion chamber.
  • a further reactor section (B) designed as an absorber adjoins the combustion chamber (2).
  • the absorber can consist of several cylindrical blocks (21) which are provided with bores (22) running parallel to the reactor axis.
  • a plurality of bores (22) can be arranged in a row in the radial direction and the blocks between the rows of bores (22) can be provided with radial recesses (23) for receiving coolant.
  • the reactor section (B) forming the absorber is provided with a cooling jacket (24) with a coolant inlet (25) and coolant outlet (26).
  • the inner wall of the cooling jacket (24) can be provided with annular blocking segments (30).
  • the inlet side of the bores (22) can have overflow weirs (27).
  • the bores (22) of the absorber open into an annular chamber (28).
  • the channel (32) formed by the absorber and the inner boundary (31) of the drinking chamber (28) serves to relieve pressure.
  • the pressure relief opening 33 is with a pressure relief load device, such as a rupture disc or a plunger seal (not shown).
  • a liquid collector (34) with an overflow weir (35) can be arranged between the combustion chamber (2) and the absorber.
  • the arrangement of the apparatus is vertical.
  • the flame is guided from top to bottom.
  • All condensed combustion products and additional quantities of solution added - via overflow weir or injection - run from the high temperature zone to the low temperature zone and can be drawn off in a cool manner at the lower nozzle (29).
  • the coolant flow is preferably carried out in counterflow.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Verbrennen von Fluorkohlenwasserstoffen bestehend aus einem rohrförmigen Reaktor.
  • Zylinderförmige Reaktoren aus Nickel bzw. Nickellegierungen zum Verbrennen von fluorhaltigen Kohlenstoffverbindungen sind bekannt. Die umzusetzenden Komponenten werden am Kopf der Reaktoren aufgegeben und die heißen Gase verlassen die Reaktoren an der entgegengesetzen Seite und werden über Leitungen einem Kühl- und Absorptionssytem zugeführt.
  • Der Erfindung liegt die Aufbage zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, der verkaufsfähige Flußsäure und/oder Salzsäure entnommen werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an einem Ende des Reaktors ein Brennersystem mit Zuführungen für ein Gemisch aus Fluorkohlenwasserstoff und Brenngas sowie für Spülgas und Sauerstoff bzw. Luft angeordnet ist, das stirnseitig eine Brennkammer begrenzt, die nahe dem Brennersystem mit einem Zündstutzen und Einrichtungen zum Zuführen und Verteilen von Flüssigkeit in den Gasstrom und auf die Wand der Brennkammer versehen ist, sich an die Brennkammer ein Absorber aus zylindrischen Blöcken mit Bohrungen parallel zur Reaktorachse für den flüssigen Produktstrom und das Gas anschließt, die in eine nachfolgende Ringkammer münden, die mit einem Stutzen zur Entnahme von Gas und Flüssigkeit versehen ist, und das andere Ende des Reaktors eine Öffnung zur Druckentlastung aufweist, die über einen Kanal mit der Brennkammer verbunden ist.
  • Der Reaktor kann mit einem Kühlmantel umgeben sein. Die parallel zur Reaktorachse verlaufenden Bohrungen können in radialer Richtung in Reihen angeordnet sein und die Blöcke zwischen benachbarten Reihen von Bohrungen Ausnehmungen aufweisen. Die Einlaufseite der Bohrungen kann mit Überlaufwehren versehen sein. Als Einrichtungen zum Zuführen und Verteilen von Flüssigkeit eignen sich in der Brennkammer angeordnete Sprühdüsen und Überlaufwehre. Zwischen Brennkammer und Absorber kann ein Flüssigkeitssammler mit Überlaufwehr für den Absorber angeordnet sein.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß alle Fluorkohlenwasserstofftypen, auch die nichtbrennbaren thermisch gespalten und die sehr korrosiven Spaltprodukte wie HF, HCI und Chlor als verkaufsfähige Produkte wie zum Beispiel Flußsäure und Salzsäure gewonnen bzw. ihre Entstehung, insbesondere die von Chlor verhindert werden können. Der Reaktor ist kompakt und gliedert sich in die drei Funktionsbereiche: Brennersystem, Brennkammer und Absorptionssystem.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 den als Brennkammer dienenden Abschnitt (A) des erfindungsgemäßen rohrförmigen Reaktors teilweise geschnitten und
    • Figur 2 den als Absorber ausgebildeten Abschnitt (B) des Reaktors.
  • Das Brennersystem (1) ist am Kopf des Reaktors angeordnet und begrenzt stirnseitig die Brennkammer (2). Das Brennersystem kann als Drallbrenner ausgeführt sein. Über Leitung (3) wird das zu verbrennende Gas und Brenngas zugeführt, über Leitung (4) Sauerstoff bzw. Luft. Das Brennersystem (1) ist von einem Gehäuse (5) umgeben und so im Reaktor ausgerichtet, daß die Flamme senkrecht von oben nach unten brennt. Über Leitungen (6) und (7) wird der Innenraum des Gehäuses sowie das äußere des Gehäuses (5) mit Spülgas versorgt, das zusammen mit den Ringspalten (8; 8a); verhindern soll, daß korrosive Produkte zum Brennersystem zurückströmen. Das Brennersystem kann aus Edelstahl oder beschichtetem Edelstahl hergestellt sein. Der Reaktor besteht vorzugsweise aus Graphit. Der als Brennkammer (2) dienende Abschnitt (A) des Reaktors weist in der Nähe des Brennersystems einen Zündstutzen (9) zum Zünden der Flamme auf sowie Einrichtungen zum Zuführen und Verteilen von Flüssigkeit. Hierfür eignen sich Flüssigkeitsdüsen (10), (11) und (12), mit deren Hilfe Flüssigkeit in die Brennkammer (2) eingedüst werden kann und/oder eine mit Überlaufwehr (14) versehene Rinne (13), die mittels Flüssigkeitsaufgabe (18) mit Flüssigkeit versorgt wird. Das Überlaufwehr (14) verteilt die Flüssigkeit als dünnen Film auf die Wand der Brennkammer (2). Zusätzlich kann die Brennkammer einen Kühlmantel (15) aufweisen, der mit Kühlmittelzulauf (16) und Kühlmittelablauf (17) versehen ist. Ferner kann der die Brennkammer bildende Reaktorabschnitt (A) mit einer Inspektions- öffnung (19) und einem Temperaturmeßstutzen (20) versehen sein. Die Länge der Brennkammer kann ein vielfaches, z.B. ein 5- bis 10-faches des Brennkammerdurchmessers betragen. An die Brennkammer (2) schließt sich ein als Absorber ausgebildeter weiterer Reaktorabschnitt (B) an. Der Absorber kann aus mehreren zylindrischen Blöcken (21) bestehen, die mit parallel zur Reaktorachse verlaufenden Bohrungen (22) versehen sind. In radialer Richtung können mehrere Bohrungen (22) zu einer Reihe hintereinander angeordnet sein und die Blöcke zwischen den Reihen der Bohrungen (22) mit radialen Ausnehmungen (23) zur Aufnahme von Kühlmittel versehen sein. Der den Absorber bildende Reaktorabschnitt (B) ist mit einem Kühlmantel (24) mit Kühlmittelzulauf (25) und Kühlmittelablauf (26) versehen. Zur Verbesserung der Turbulenz der Strömung und der Kühlmittelführung kann die Innenwand des Kühlmantels (24) mit ringförmigen Sperrsegmenten (30) versehen sein. Die Einlaufseite der Bohrungen (22) können Überlaufwehre (27) aufweisen. Die Bohrungen (22) des Absorbers münden in eine Ringkammer (28). Hier wird das Kondensat gesammelt und zusammen mit den Gasen über Stutzen (29) dem Reaktor entnommen. Der durch den Absorber und die innere Begrenzung (31) der Rinkammer (28) gebildete Kanal (32) dient der Druckentlastung. Die Druckentlastungsöffnung 33 ist mit einer Druckentlastungseinrichtung, z.B. einer Berstscheibe oder einem Tauchverschluß verschlossen (nicht dargestellt). Zwischen Brennkammer (2) und Absorber kann ein Flüssigkeitssammler (34) mit Überlaufwehr (35) angeordnet sein.
  • Durch das einstellbare Flammenbild und die Kühlung der Brennkammerwand können bei der angestrebten schlanken Brennkammerausführung Wandtemperaturen von unter 100°C erreicht werden. Es ist daher möglich, Graphit, das gegen alle Verbrennungsprodukte gut korrosionsbeständig ist, einzusetzen. Ein zusätzlicher Schutz gegen thermische und korrosive Zerstörung des Graphits bietet die Möglichkeit über ein Wehr, am Kopf der Brennkammer, Flüssigkeit aufzugeben, vorzugsweise Wasser oder wäßrige Flußsäure, um einen Flüssigkeitsfilm auf der inneren Brennkammerwand zu erzeugen. Zusätzlich kann in die Brennkammer an verschiedenen Stellen Flüssigkeit eingespeist werden, vorzugsweise Wasser oder wäßrige Flußsäure, um die Flammentemperatur und das Reaktionsgleichgewicht einzustellen.
  • Die Anordnung des Apparates ist senkrecht. Die Flammenführung erfolgt von oben nach unten. Alle kondensierten Verbrennungsprodukte und zusätzlich aufgegebene Lösungsmengen - über Überlaufwehr oder Einspritzung - laufen von der Zone hoher Temperatur zur Zone niederer Temperatur und können am unteren Stutzen (29) gekühlt abgezogen werden. Der Kühlmittelstrom wird vorzugsweise im Gegenstrom dazu geführt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verbrennen von Fluorkohlenwasserstoffen bestehend aus einem rohrförmigen Reaktor, wobei an einem Ende des Reaktors ein Brennersystem (1) mit Zuführungen (3), (4), (6), (7) für ein Gemisch aus Fluorkohlenwasserstoff und Brenngas, sowie für Spülgas und Sauerstoff bzw. Luft angeordnet ist, das stirnseitig eine Brennkammer (2) begrenzt, die nahe dem Brennersystem (1) mit einem Zündstutzen (9) und Einrichtungen (10), (11), (12), (13), (14) zum Zuführen und Verteilen von Flüssigkeit in den Gasstrom und auf die Wand der Brennkammer versehen ist, sich an die Brennkammer (2) ein Absorber aus zylindrischen Blöcken (21) mit Bohrungen (22) parallel zur Reaktorachse für den flüssigen Produktstrom und das Gas anschließt, die in eine nachfolgende Ringkammer (28) münden, die mit einem Stutzen (29) zur Entnahme von Gas und Flüssigkeit versehen ist und das andere Ende des Reaktors eine Öffnung (33) zur Druckentlastung aufweist, die über einen Kanal (32) mit der Brennkammer (2) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor mit einem Kühlmantel (15) umgeben ist, die parallel zur Reaktorachse verlaufenden Bohrungen (22) in radialer Richtung in Reihe angeordnet sind und die Blöcke (21) zwischen benachbarten Reihen von Bohrungen (22) Ausnehmungen (23) aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufseite der Bohrungen (22) mit Überlaufwehren (27) versehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtungen zum Zuführen und Verteilen von Flüssigkeit Sprühdüsen (10), (11), (12) und Rinnen (13) mit Überlaufwehren (14) in der Brennkammer (2) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brennkammer und Absorber ein Flüssigkeitssammler (34) mit Überlaufwehr (35) für den Absorber angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennersystem aus einem metallischen Werkstoff besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennersystem von einer Spülkammer mit Ringspalten umgeben ist.
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