NO814293L - Kontinuerlig fremgangsmaate for vaatoksydasjon av vanndige avfallsvaesker - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører sikker operasjon av våt-oksydas jonssystemer under anvendelse av ren oksygen eller oksygenanrikede gasser.

Våtoksydasjon er en vel-etablert prosess for behandling av vandige avfallsvann, slam og oppslemminger som inneholder oksyderbare stoffer; mer enn hundre våtoksydasjonsenheter er i kommersiell operasjon. Mange patenter og andre publikasjoner beskriver våtoksydasjonsprosesser under anvendelse av luft som oksygenkilde for oppnåelse av oksy-dasjonen. US patenter nr. 3 042 489 og 3 097 988 samt US patent nr. 3 654 070 beskriver anvendelse av rent

oksygen eller en oksygenanriket gass for våroksydasjons-prosesser. I foreliggende sammenheng menes det med betegn-elsen "oksygen", benyttet uten et modifiserende adjektiv,

en hvilken som helst gass inneholdende mer enn 21 mol-% oksygen, for å skille den fra luft.

Økede reaksjonshastigheter og muligheten til å operere ved lavere trykk og temperaturer gjør bruk av oksygen meget attraktiv fra et teoretisk synspunkt. I tillegg har mange potensielle brukere av våtoksydasjonsprosessen,

slik som kloakkbehandlingsanlegg, stålverk, osv., eksister-ende oksygenutvikling-, lagringsanlegg, som gjør gassen tilgjengelig ved lave omkostninger.

Hittil har imidlertid ingen våtkoksydasjonprosesser blitt foretatt kommersielt under anvendelse av oksygen. En viktig grunn er at ingen har enda vist hvordan oksygen trygt kan benyttes i våtoksydasjonsprosesser under stabile og transiente betingelser som er vanlig for slike prosesser.

I våtoksydasjonssystemer eksisterer vandige og gassformige faser sammen ved forhøyede trykk og temperaturer. Det velges slike systemtrykk at det alltid vil være en vandig fase. Oksydasjonsreaksjoner forbruker oksygen og utvikler karbon dioksyd Når den vandige fasen har en nøytral eller lav pH-verdi vil en hovedandel av karbondioksydet som dannes ved våtoksydasjonen forbli i den vandige fasen og dermed fortynne oksygenet. Når den vandige fasen er kaustisk vil imidlertid mye av karbondioksydet bli absorbert i den vandige fasen.

Mengden av vanndamp som er til stede i gassfasen er en funk-sjon av temperatur, trykk og mengde av ikke-kondenserbare gasser (NCG), og kan bestemmes ved hjelp av kjente termo-dynamiske forhold. For et gitt system som opererer ved et tilnærmet ensartet trykk, er graden av gassfortynning av vanndamp meget større ved høyere temperaturer.

I tidligere kjente prosesser hvor det anvendes luft som kilde for oksygen, er prosentandelen av oksygen i gassfasen ved forhøyede trykk og temperaturer betydelig mindre enn 21%, selv uten noe oksygenforbruk. Ved f.eks. 287,8°C

2

og et trykk på 70,3 kg/cm fortynner vanndamp oksygenet fra dens opprinnelige 21% til en konsentrasjon på ca. 5%. Ettersom oksygen forbrukes faller dens konsentrasjon ved reaktorbetingelser til meget lave verdier. Rent oksygen eller oksygenanriket gass kan derfor benyttes fordelaktig når det gjelder å forøke oksydasjonens hastighet og full-stendighet så lenge man kan oppnå en sikker prosess.

Når gassformig oksygen er fortynnet til en konsentrasjon

på 21 mol-% som i form av luft, er den sikker å håndtere selv komprimert til temmelig høye trykk.

Oksygen ved høyere konsentrasjoner, spesielt oksygen av

høy renhet, har imidlertid tilbøyelighet til å gjennomgå hurtig, spontan forbrenning når den anbringes i kontakt med organiske eller andre oksyderbare stoffer ved trykk over atmosfæretrykk, endog ved romtemperatur. I våt-oksydas jonsprosessen blir høye konsentrasjoner av oksyderbare materialer med hensikt oksydert. Det er av stor

betydning å regulere prosessen slik at transiente utslag når det gjelder temperatur, trykk og termisk effektivitet, er minimale og slik at risikofylte operasjonsbetingelser ikke oppstår.

Dessuten vil mange metaller slik som stål, aluminium og titan f.eks., brenne sterkt i nærvær av oksygen når først antennelse har funnet sted. Det er vist at titan i seg selv kan gjennomgå spontan forbrenning under bestemte betingelser i nærvær av oksygen og vann ved forhøyede trykk, som rapportert av F.E. Littman og F.M. Church i Final Report: Reactions of Titanium with Water and Aqueous Solutions, Stanford Research Institute Project No. SD-2116, 15. juni 1958.

Ved håndtering av oksygen har tradisjonell sikkerhets ut-førelse lagt vekt på valg av konstruksjonsmaterialer som selv ikke vil gjennomgå spontan forbrenning ved aktuelle operasjonsbetingelser, samt streng renhetsstandard for å sikre at ingen forurensninger som kan gjennomgå spontan forbrenning er til stede i systemet. I våtoksydasjoner er imidlertid valget av konstruksjonsmaterialer nesten alltid begrenset på grunn av de korroderende egenskaper til avfallsvannet, slammet og oppslemmingen som skal oksyderes. Således kan titan eller titanlegeringer bestemmes som konstruksjonsmateriale når sterk korrosjon av jern- eller nikkelbaserte legeringer indikeres. Våt-oksydas j onssystemet behandler dessuten avfallsvann, slam eller oppslemminger som kan inneholde opptil 10% eller enda høyere konsentrasjoner av organiske stoffer, og dets indre overflater kan alltid bli forurenset med stoffer som kan gjennomgå spontan forbrenning ved kontakt med oksygen ved høye trykk.

Bruken av våtoksydasjon hvor det anvendes ren oksygen eller en oksygenanriket gass i et system fremstilt av aluminium der de indre overflater alltid kan forurenses med organisk stoff, synes derfor å være endelig utelukket.

På den annen side kan bruken av oksygen i et våtoksydasjons-anlegg være meget attraktivt. Dersom oksygen allerede er tilgjengelig på stedet elimineres kapitalen og operasjons-kostnadene for en stor luftkompressor. Gunstig oksydasjons-kinetikk vil resultere i en mindre reaktor og/eller lavere operasjonstemperatur og- trykk. Andre potensielle fordeler ved bruk av oksygen vil klart fremgå for de som kjenner teknikken med våtoksydasjon.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å mulig-gjøre bruken av rent oksygen eller oksygenanriket gass i en våtoksydasjonsprosess under sikkerhetsbetingelser som kan sammenlignes med tradisjonelle våtoksydasjonsprosesser under anvendelse av luft.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en kontinuerlig fremgangsmåte for våtoksydasjon av vandige avfallsvæsker inneholdende brennbart materiale, omfattende følgende trinn:

A) kontinuerlig innføring av vandig avfallsvæske og

oksygen eller oksygenanriket gass i en trykkreaktor operert ved forhøyet temperatur; B) oksydasjon deri av en hovedandel av det brennbare materiale i nevnte vandige avfallsvæske, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at man

C) fører avgasser fra nevnte reaktor gjennom en ledning

til en trykkreguleringsventil som opereres slik at reaktoren holdes ved et vesentlig konstant trykk;

D) injiserer en inert gass i den vandige avfallsvæske under trykk ved en hastighet slik at oksygenet i gassfasen fortynnes av summen av utviklet, vanndamp, dannet karbondioksyd og injisert inert gass til en konsentrasjon mindre enn det som skal til for spontan forbrenning eller selvantennelse ved et hvert sted i reaktoren, utløpsledningen, trykkreguleringsventilen og separatoren, som har overflater som ikke kontinuerlig er eksponert for en kontinuerlig væskeformig vannfase.

Foreliggende fremgangsmåte omfatter spesielt følgende trinn: a. kontinuerlig innføring av vandig avfallsvæske og oksygen eller oksygenanriket gass i en trykkreaktor operert ved forhøyet temperatur; b. oksydasjon deri av en hovedandel av det brennbare materiale i den vandige avfallsvæsken for dannelse av en oksydert væske og avgasser; c. føring av oksydert væske og avgasser fra reaktoren gjennom en utløpsledning til en varmeveksler der oksydert væske og avgasser avkjøles; d. redusering av trykket hos avkjølt oksydert væske og avgasser i en trykkreguleringsventil operert slik at reaktoren holdes ved et vesentlig konstant trykk;

e. separering avavgassene fra den oksyderte væsken i en gass-væske-sparator; og

f. injisering av en inert gass i den vandige avfallsvæsken under trykk ved en hastighet slik at oksygen i gassfasen fortynnes ved summen av utviklet vanndamp, dannet karbondioksyd og injisert inert gass til en konsentrasjon mindre enn den som skal til for selvantennelse ved et hvert sted i reaktoren, utløpsledning, trykkreguleringsventil og

separator, som har overflater som ikke er eksponert for en kontinuerlig væskeformig vannfase.

I en annen spesifik utførelse av oppfinnelsen blir damp eller karbondioksyd produsert uten risiko ved våtoksydasjon av brennbart materiale med rent oksygen eller oksygenanriket gass, ved hjelp av følgende trinn: a) kontinuerlig innføring av vandig væske og oksygen'eller oksygenanriket gass i en trykkreaktor operert ved forhøyet temperatur; b) oksydasjon deri av en hovedandel av det brennbare materiale for å fordampe vesentlig alt vann som kommer inn i reaktoren og innføring av vann for å holde et vesentlig konstant væskenivå i reaktoren; c) føring av avgasser, inkludert vanndamp fra reaktoren gjennom en ledning til en trykkreguleringsventil hvorved reaktortrykket opprettholdes ved et vesentlig konstant trykk; d) føring av avgasser ved redusert trykk til en brukerprosess; og e) injisering av en inert gass i nevnte væske under trykk ved en hastighet slik at oksygen i gassfasen fortynnes ved summen av utviklet vanndamp, dannet karbondioksyd og injisert inert gass til en konsentrasjon mindre enn den som skal til for selvantennelse ved et hvert sted i reaktoren og ledninger derfra inkludert ventiler, som har overflater som ikke er eksponert for en kontinuerlig væskeformig vannfase. Fig. 1 representerer et flytskjema av et våtoksydasjons-system som viser flere mulige utførelser av foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 viser en ytterligere utførelse av oppfinnelsen

for utvikling av damp og/eller karbondioksyd ved våtoksydasjon.

Foreliggende oppfinnelse omfatter utførelse av en våtoksydasjon under anvendelse av ren oksygen eller en oksygenanriket gass under slike betingelser at et hvert sted i systemet der en gassfase inneholdende oksygen kommer i kontinuerlig kontakt med en fast overflate som kan bli forurenset med en avsetning av noe oksyderbart stoff eller som i seg selv kan gjennomgå spontan forbrenning eller selvantennelse i nærvær av oksygen, idet oksygenet i gassfasen ved nevnte sted vil bli fortynnet til en konsentrasjon som er mindre enn den konsentrasjon hvorved en selvantennelse kan finne sted.

En oksygenkonsentrasjon på 21 mol-%, det samme som i luft,

er normalt den høyeste konsentrasjon hvorved selvantennelse ikke vil finne sted. Noen materialer vil- antennes bare ved oksygenkonsentrasjoner betydelig høyere enn 21 mol-%. På

den annen side kan noen avfallsmaterialer som inneholder særlig følsomme stoffer antennes ved oksygenkonsentrasjoner mindre enn 21 mol-%. Antennelseskonsentrasjonen kan bestemmes ved bruk av enten den pneumatiske støt-test eller den mekaniske støt-test, som begge er beskrevet i "Safety Considerations Regarding the Use of High Pressure Oxygen"

av David L. Pippen, Jack Stradling og Gene W. Frye, NASA, White Sands Testing Facility, Johnson Space Center, September 1979.

Den inerte gass som injiseres vil typisk være nitrogen, karbondioksyd, luft (på grunn av dens nitrogeninnhold)

eller damp, men andre inerte gasser kan anvendes.

Kilden for den inerte fortynnende gass er et betydelig trekk ved foreliggende oppfinnelse. Dersom luft skal anvendes er det en enkel sak å tilveiebringe en luftkompressor for våtoksydasjonssystemet. Dersom oksygen tilføres fra et luftsepareringsanlegg beliggende nær våtoksydasjonssystemet så kunne nitrogen fra luftseparasjonsanlegget, tatt enten som gassformig eller væskeformig nitrogen, anvendes som den inerte fortynnende gass.

Karbondioksyd kan også benyttes som inert gass. Damp kan være en nyttig "inert" gass, spesielt for injeksjon i damp-rom eller- rør som fører primære damper. Når damptemperaturen er større enn for den oksygenholdige gass, vil en del av dampen kondensere og dermed fukte apparaturveggene. Dette kondensat er tilgjengelig for å absorbere varme utviklet ved spontan forbrenning av organisk materiale som kan være avsatt på apparaturveggene.

Som oftest er en kombinasjon av to eller flere av de ovenfor angitte gasser til stede og fortynner oksygenet. F.eks., i en våtoksydasjonsprosess som anvender rent oksygen for å oksydere et avfallsvann inneholdende et organisk forurensende middel, blir en liten strøm av komprimert luft tilsatt til systemet i oppstrømsretningen for reaktoren. I reaktoren og i reaktorutløpet blir oksygen som ikke enda har reagert fortynnet av en kombinasjon av vanndamp fordampet fra avfallsvannet, karbondioksyd utviklet ved oksydasjon av de organiske forurensende stoffer og nitrogen fra den injiserte luft. I nedstrømsretningen fra varmeveksleren der vanndampen kondenseres, blir oksygenet fremdeles fortynnet av karbondioksydet og nitrogenet. Dersom avfallskonsentrasjonen plutselig synker eller dersom avfallsstrømmen inn i systemet plutselig stopper slik at karbondioksyd ikke lenger utvikles, er det ikke desto mindre tilstrekkelig nitrogen som strømmer i nedstrømsretningen for varmeveksleren slik at oksygenet som fremdeles strømmer i ledningen fortynnes til en sikker konsentrasjon.

De stedene der oksygen og eventuell fortynnende gass tilsettes til våtoksydasjonssystemet er viktige trekk ved foreliggende oppfinnelse. Oksygenet tilsettes enten direkte ved reaktorbunnen eller blandes med avfallet etter at avfallet er forvarmet, men før det strømmer inn i reaktoren.

I det sistnevnte tilfelle blir fortynnende gass blandet med avfallet enten i oppstrømsretningen eller ved det samme punkt hvor oksygen blandes med innløpende væske som inneholder brennbare materialer. Den fortynnende gass tilsettes mer spesielt ved et eller flere av følgende steder: a. direkte til reaktoren dersom oksygenet også tilsettes direkte til reaktorbunnen; b. til det forvarmede avfall like oppstrøms fra reaktoren; c. til råavfallet før det forvarmes i varmevekslerene; eller d. til oksygentilførselsledningen oppstrøms fra det punkt der oksygen blandes med avfallsvann.

Stedet der den fortynnende gass skal tilsettes til våt-oksydas jonssystemet velges slik at den fortynnende gass vil strømme gjennom, utfortynne, eller spyle alle steder i våtoksydasjonsanlegget der rent oksygen eller ren oksygenanriket gass kan samle seg.

Ved noen installasjoner er det mest sannsynlig at ukontroll-ert selvantennelse kan finne sted i den ledning som fører avkjølte reaktor-avgasser. Ved kondensasjon av vanndamp øker oksygeninnholdet i avgassene markert og kan nå et kritisk nivå dersom en korrigerende handling ikke tas. Videre, mekanisk sjokk forårsaket ved innvirkning av trykkreguleringsventilen eller sjokk forårsaket ved adia-batisk kompresjon i nedstrømsretningen for trykkreguleringsventilen kan resultere i antennelse.

I tilfeller der høy oksygenkonsentrasjon i fravær av en kontinuerlig væreformig vannfase kan oppstå i nedstrømsretningen for reaktoren, men ikke i selve reaktoren, kan en inert gass injiseres i nedstrømsretningen for reaktoren, typisk før blandingen av oksydert væske og avgasser avkjøles.

Mengden av inert fortynnende gass tilsatt til våtoksydasjonsprosessen vil variere avhengig av det avfallsvann som oksyderes og av betingelsene under hvilke systemet opereres. Hvis f.eks. våtoksydasjonsprosessen kjøres ved en nokså stabil tilstand og utvikler nok karbondioksyd til å fortynne oksygenet som inneholdes i utløpsgasstrømmen til under 21 mol-%,

så kan strømmen av den inerte fortynnede gass stoppes. På

den annen side, dersom våtoksydasjonsprosessen på en eller anne måte forstyrres, avstenges, eller er i ferd med å bli oppstartet, så bør strømmen av inert fortynnende gass settes på for å hindre at det utvikles en lomme med oksygen av høy renhet i reaktoren og i rørsystemet i nedstrømsretningen og for å spyle ut eventuelle oksygenlommer som allerede kan ha blitt utviklet.

Strømningshastigheten for den inerte fortynnende gass bestemmes ut fra en betraktning av to kriterier. For det første må strømmen av fortynnende gass være tilstrekkelig slik at når oksygenstrømmen settes ned til det minimum som tillates av reguleringssystemet for oksygenstrømmen,

så er strømningshastigheten for den inerte fortynnende gass tilstrekkelig til å fortynne det oksygen som frem-

deles strømmer inn i systemet til 21 mol-%. Således, dersom den minimale gjentagbare oksygenstrøm er 10% av den dimensjonerte oksygenstrømningshastighet, så er den fortynnende gasstrøm minst 0,376 mol pr. mol oksygen tilført til anlegget ved den dimensjonerte strømningshastighet.

Dette er omkring 1/10 av strømmen av luft som ville bli tilført til en våtoksydasjonsprosess som benytter luft som oksygenkilde.

For det annet må den dimensjonerte strømningshastighet for inert fortynnende gass være tilstrekkelig slik at oksygenet i utløpet fra våtoksydasjonsprosessen alltid vil bli fortynnet til eller under 21% selv når ingen fortynnende gasser slik som karbondioksyd produseres under våtoksydasjonsprosessen. Således, dersom våtoksydasjonsprosessen er dimensjonert

for 90% oksygenutnyttelse er mengden av inert fortynnende gass som skal til 0,376 mol pr. mol oksygen tilført til den normale dimensjonerte strømningsmengde. Dersom nitrogen-innholdet i luft anvendes som fortynningsmiddel så er luft-strømmen 0,376/0,79 eller 0,476 mol pr. mol tilført oksygen.

Normalt er strømningsmengden av inert fortynnende gass ca. 3,76 mol og 0,00376 mol pr. mol tilført oksygen til enheten ved deimensjonert strømningsmengde. Fortrinnsvis bestemmes strømmen av inert fortynnende gass til mellom 0,376 og 0,0376 mol pr. mol tilført oksygen til våtoksydasjonsenheten ved den normale dimensjonerte strømningsmengde.

Fig. 1 illustrerer en utførelse av foreliggende oppfinnelse. Som vist på figuren blir en vandig avfallsvæske inneholdende et organisk forurensende stoff satt under trykk og føres inn i våtoksydasjonsenheten gjennom tilførselsledningen 1 og passerer deretter til varmeveksleren 2. Avfallsvæsken forvarmes ved indirekte varmeveksling med varm oksydert væske fra reaktoren 4. Den oppvarmede væske passerer deretter gjennom ledningen 3 til reaktoren 4 hvor den blandes og reageres med rent oksygen eller oksygenanriket gass som kommer inn i reaktoren 4 gjennom ledningen 5. Det organiske forurensende stoff i den vandige avfallsvæsken oksyderes ved forhøyede temperaturer (148,9 - 315,6°C) i reaktoren. Reaktortrykket styres for å opprettholde en flytende fase

og er typisk 14,1 - 225 kg/cm 2 manometertrykk.

Oksydert væske og avgasser passerer fra reaktoren via ledningen 5 til varmeveksleren 2 hvor de avkjøles. Mye av vanndampen i avgassene kondenseres og den avkjølte blanding av oksydert væske og avgasser passerer gjennom ledningen 7 til trykkreguleringsventilen 8 som holder det forhøyede trykk i reaktoren. Blandingen passerer ved redusert tykk gjennom ledningen 7a til damp-væské-separatoren 9 hvori oksyderte væsker og avgasser separeres. Reguleringsventiler 11 og 14 styrer strømmen av oksydert væske og avgasser, respektivt, fra separatoren 9.

En fortynnende inert gass slik som nitrogen, karbondioksyd, luft eller damp injiseres i avfallsvæsken for å resultere i en oksygenkonsentrasjon som er mindre enn det som er nødvendig for at selvantennelse skal finne sted hvorenn en kontinuerlig væskefase ikke kan eksistere og oksyderbart materiale kan være til stede i systemet. Denne gass kan injiseres før varmeveksling, som gjennom ledningen 16,

eller etter varmeveksling, som gjennom ledningen 17. Den fortynnende gass kan alternativt injiseres i oksygenet eller den oksygenanrikede gass gjennom ledningen 19 eller også direkte inn i reaktoren gjennom en separat ledning, ikke vist. Det er foretrukket å injisere den inerte gass enten alene eller som. en blanding med avfallsvæsken eller oksygen, inn i den nedre del av reaktoren. Ved hvert sted i systemet der apparaturoverflater ikke kontinuerlig eks-poneres for en kontinuerlig flytende vannfase, og der oksyderbart stoff, enten organisk materiale eller selve over-flaten er til stede, blir i et hvert tilfelle konsentrasjonen av oksygen opprettholdt ved et nivå hvorved selvantennelse ikke vil finne sted. Slike steder kan eksistere i reaktoren 4, utløpsledningene 6, 7 og 7a fra reaktoren (inkludert varmeveksler), trykkreguleringsventilen 8 og separator, inkludert dens uttømmingsledninger. Alle steder i systemet i nedstrømsretningen fra det sted der oksygen og væske blandes, er potensielle forbrenningssteder.

Forbrenning adskiller seg fra våtoksydasjon i foreliggende sammenheng ved at våtoksydasjon finner sted i den flytende fase mens forbrenning er en dampfaseoksydasjon.

Når pH-verdien i den vandige fase i reaktoren er nøytral eller sur, forblir karbondioksyd utviklet ved oksydasjon stort sett i dampfasen og fortynner oksygenet. Ved et hvert gitt trykk og temperatur er mengden av vanndamp i gassfasen proporsjonal med mengden av nominelle ikke-kondenserbare tilstedeværende gasser. Mengden av injisert inert gass som skal til i reaktoren ved en operasjon under stabile tilstandsforhold kan således være meget liten eller endog ikke være til stede. I nedstrømsretningen for varmeveksleren 2 i ledningen 7 f.eks., har imidlertid mesteparten av vanndampen kondensert og ytterligere fortynnende gass kan være nødvendig for å hindre spontan forbrenning. I slike tilfeller kan den inerte gass injiseres i ledningen 6 gjennom ledningen 18 for å opprettholde trygge oksygenkonsentrasjoner i varmeveksleren 2 og apparaturen in nedstrømsretningen for denne.

Man kan tenke seg mange metoder for styring av prosessen. Strømningsmengden for. rent oksygen eller oksygenanriket

gass kan f.eks. styres ved måling av oksygenkonsentrasjon i gassfasen (avgasser) ved analysatoren representert på

fig, 1 som 21, 22 eller 23, mens strømningsmengden av inert gass holdes konstant. Analyser av avgassen på et hvilket som helst sted i systemet kan anvendes forutsatt at det foretas riktige korreksjoner for forskjeller i temperatur og trykk.

Under henvisning til fig. 1, anta at våtoksydasjonssystemet er beregnet for 95% utnyttelse av det rene oksygen tilført til systemet, og at området ved strømningsregulering gjennom ledningen 5 er et forhold på 20 : 1.

Under operasjon ved normal stabil tilstand ved dimensjonerte betingelser er det karbondioksyd som produseres i oksydasjons-reaksjonene mer enn nok til å fortynne avgass-oksygenet til mindre enn 21 mol-%. Følgelig avstenges strømmen av fortynnende gass under operasjon ved stabil tilstand. Under oppstarting og avstenging og også under en periode med prosessforstyrrelser, kan det følgelig være at det dannede karbondioksyd ikke er tilstrekkelig til å fortynne oksygenet til under 21 mol-% slik at, ifølge de ovenfor beskrevne kriterier, en inert fortynnende gasstrøm på 0,188 mol pr.

mol oksygen ved dimensjonert strømning vil være nødvendig for å sikre en trykk prosess. Dersom luft anvendes som inert fortynnende gass må strømmen av luft være 0,188/

0,79 = 0,238 mol pr. mol oksygen fordi bare nitrogen-komponenten i luft virker som inert gass. Oksygenet i luft ville bli stort sett oppbrukt i våtoksydasjonen.

I en annen reguleringsmetode der luft anvendes som fortynningsmiddel, er strømningsmengden av oksygen eller oksygenanriket gass konstant, mens luftmengden varieres ifølge den målte oksygenkonsentrasjon i avgassene. I

denne utførelse kan luft tilføre en betydelig mengde av det oksygen som forbrukes i prosessen.

Våtoksydasjonssystemet i fig. 1 benyttes nå for å be-

handle et sterkt alkalisk avfallsvann inneholdende organiske forurensende stoffer. Avfallsvannet er tilstrekkelig alkalisk slik at alt dannet karbondioksyd i reaktoren oppløses i avfallsvannet som karbonat og er ikke tilgjengelig for fortynnende oksygen. I reaktor-

en 4 og i ledningen 6 blir nå oksygen i dampfasen for-

tynnet kun med damp og den inerte fortynnende gass. Ved utløpsenden av varmeveksleren 2 og i ledningen 7 har dampen blitt kondensert fra dampfasen slik at oksygen kun fortynnes av den inerte fortynnende gass tilsatt til prosessen. Siden det aldri er noe dannet karbondioksyd til stede i utløpsgassfasen må strømmen av inert for-

tynnende gass forbli gående så lenge som våtoksydasjonssystemet er i drift.

Siden våtoksydasjonssystemet er dimensjonert for 95% utnyttelse av oksygen tilført til enheten og siden området for strømningsstyreinnretningen som regulerer strømmen av oksygen gjennom ledningen 5 også her er 2 0 : 1, bør strømmen av inert fortynningsmiddel være minst 0,188 mol pr. mol til-ført oksygen.

Strømningsmengden av inert gass vil variere fra 3,76 til 0,00376 mol pr. mol oksygen innført i reaktoren avhengig av avfalls-KOB og pH-verdi, reaktortemperatur og- trykk, materiale i apparaturkonstruksjonen og den spesielle inerte gass som benyttes. I nesten alle tilfeller er inert gass-mengden mellom 0,376 og 0,0376 mol pr. mol inført oksygen.

Fig. 2 viser en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse hvor rent oksygen eller oksygenanriket gass anvendes ved våtoksydasjon av vandige væsker innholdende oksyderbart materiale. I denne utførelse forlater vesentlig alt inn-ført vann reaktoren som vanndamp. På fig. 2 pumpes en væske gjennom ledningen 31 inn i reaktoren 32 der den blandes og gjennomgår reaksjon med oksygen eller oksygenanriket gass innført gjennom ledningen 40. Et væskenivå 33 holdes ved å styre strømmen av vann gjennom ledningen 34 ved hjelp av nivåregulatoren 36. Avgasser inkludert vanndamp forlater reaktoren gjennom ledningen 37 og trykkreguleringsventilen 38 til en brukerprosess 39, f.eks. et kraftanlegg.

Når det er nødvendig blir den lille mengde av aske som

kan akkumuleres i reaktoren uttømt som en liten strøm gjennom ledningen 46.

Oksygenmengden kan styres ved måling av oksygenkonsentrasjon i avgassen ved hjelp av analysatoren 47. Dersom mengden av oksyderbart materiale som innføres i reaktoren er nøyaktig kjent kan naturligvis oksygenstrømningsmengden reguleres uten kontinuerlig måling av avgassoksygen.

Normalt er det foretrukkede punkt for innføring av den inerte gass inn i den vandige væske gjennom ledningen 40 eller inn i oksygenet gjennom ledningen 45. Vekselvise steder kan være gjennom ledningen 42 eller 43 direkte inn i reaktoren. Innføring i væskefasen gjennom ledningen 42 sikres fortynning ved væske-damp-renseflaten på reaktorveggene.

Dersom det kritiske sted for mulig selvantennelse ligger i nedstrømsretningen for reaktoren 32, f.eks. i nedstrøms-retningen for ventilen 38, kan inert gass innføres gjennom ledningen 44 inn i dampledningen 37. I dette tilfelle kan bruken av damp som fortynningsmiddel anvendes.

Eksempel 1

En brukt kaustisk vaskevæske ble behandlet ved våtoksydasjon i et forsøksanlegg med en strømningskonstruksjon som vist på fig. 1. Reaktoren ble operert ved en temperatur på 211,1°C og et trykk på 23,6 kg/cm<2>manometertrykk, med en væske-oppholdstid på 30 minutter. Inert gass (luft)

ble tilsatt ved reaktortoppen gjennom ledningen 20 til ledningen 6 fra reaktoren 4 i en mengde tilstrekkelig til å fortynne det resterende oksygen til et sikkert nivå. All C02som ble utviklet ved oksydasjon ble absorbert i væskefasen. Uten fortynning ville den avkjølte avgass etter separering ha vært vesentlig rent oksygen. Luft ble injisert i en mengde på 1,01 mol pr. mol opprinnelig innført oksygen og dette resulterte i en oksygenkonsentrasjon på 27% i de avkjølte avgasser.

Eksempel 2

En væske inneholdende avfalls-oppløsningsmidler med en pH-verdi på 13,1, ble våtoksydert i et forsøksanlegg med kon- struksjon som vist på fig. 1. Reaktorbetingelsene var en temperatur på 315,6°C og et trykk på 137,1 kg/cm<2>manometertrykk med en væske-oppholdstid på 12 0 minutter. I dette tilfelle ble luft tilsatt som inert gass til væsken gjennom ledningen 16 før forvarming for å hindre mulig poly-mer isas jon av væskekomponenter i varmeveksleren. Rent oksygen ble tilsatt til reaktoren gjennom ledningen 5.

Forholdet for injisert luft til oksygen var 0,430 mol luft/ mol oksygen hvilket resulterte i en oksygenkonsentrasjon på 19,87 mol-% i de avkjølte avgasser. Den beregnede oksygenkonsentrasjon ved reaktbrtoppen var 3,0 mol-%

og en trykk operasjon ble oppnådd.

Claims (10)

1. Kontinuerlig fremgangsmåte for våtoksydasjon av vandige avfallsvæsker inneholdende brennbart materiale, omfattende trinnene: A) kontinuerlig innføring av vandig avfallsvæske og oksygen eller oksygenanriket gass i en trykkreaktor operert ved forhøyet temperatur; B) oksydasjon deri av en hovedandel av det brennbare materiale i nevnte vandige avfallsvæske,karakterisert vedat man C) fører avgasser fra reaktoren gjennom en ledning til en trykkreguleringsventil operert for å holde reaktoren ved et vesentlig konstant trykk; D) injiserer en inert gass in den vandige avfallsvæske under trykk i en hastighet slik at oksygen i gassfasen fortynnes ved summen av utviklet vanndamp-, dannet karbondioksyd og injisert inert gass til en konsentrasjon mindre enn den som skal til for spontan forbrenning ved et hvert sted i reaktoren, utløpsledningen, trykkreguleringsventilen og separatoren, som har overflater som ikke kontinuerlig er eksponert for en kontinuerlig væskeformig vannfase .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at den inerte gass er hydrogen, karbondioksyd, damp eller luft.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den inerte gass injiseres i den nedre del av reaktoren.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den inerte gass injiseres i oksygenet eller den oksygenanrikede gass som føres til reaktoren.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den inerte gass injiseres i den vandige avfallsvæske og at den resulterende blanding innføres i reaktoren.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat den inerte gass injiseres ved en konstant hastighet, og at mengden for oksygen eller oksygenanriket gass til reaktoren reguleres ved måling av oksygenkonsentrasjonen i avgassene.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat oksygen eller oksygenanriket gass innføres i reaktoren ved en konstant hastighet, og at luft injiseres som inert gass ved en hastighet regulert ved måling av oksygenkonsentrasjonen i avgassene, slik at en del av oksygenet i luften forbrukes i reaktoren.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat den inerte gass injiseres bare under operasjon ved ikke-stabil tilstand som finner sted ved prosess-start, prosess-stopp og kort-varige forstyrrelser i temperatur, trykk eller oksygen-behov.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8,karakterisert vedat oksydert væske og avgasser dannet i trinn (b) føres til en varmeveksler for avkjøling, trykket til avkjølt oksydert væske og avgasser reduseres i trykkreguleringsventilen og avgassene separeres fra den oksyderte væske i en gass-væske-separator.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8,karakterisert vedat vesentlig alt vann som kommer inn i reaktoren fordampes og at vann innføres for å opprettholde et vesentlig konstant væskenivå i reaktoren.